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Lista de exercícios - Nuclear

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Departamento de Física, Química e Biologia 
Disciplina: Química Geral II – Licenciatura em Química – 2
o
 Semestre de 2013. 
Sergio A. M. Lima 
Lista de Exercícios 
Tópicos: Química Nuclear 
 
1 – Escreva a equação nuclear que descreva cada situação nos itens a seguir: 
(a) O césio-137, 
Cs13755
, um dos elementos do lixo radioativo de uma usina nuclear ou uma explosão 
atômica, emite radiações beta e gama. Escreva a equação nuclear para o decaimento do césio-
137. 
(b) O rádio-226, 
Ra22688
, é um emissor alfa e gama. Escreva uma equação nuclear equilibrada de seu 
decaimento. 
(c) O estrôncio-90 é um emissor beta, sendo que este radionuclídeo está presente no lixo atômico 
das usinas nucleares. Escreva sua equação nuclear de decaimento. 
 
2 – A radiação gama e os raios X são tão energéticos que só podem ser bloqueados por materiais 
extremamente densos, como o chumbo. Caso a proteção não esteja disponível, a pessoa deve se 
manter o mais distante possível da fonte de radiação, pois a intensidade da radiação diminui com o 
quadrado da distância. Desta forma, a lei do quadrado inverso permite que seja utilizada a seguinte 
relação para a estimativa de intensidades e distâncias de exposição, caso a inicial for conhecida: 
 
 21
2
2
2
1
d
d
I
I

. Baseado nesta relação, se um operador a 10 m de uma pequena fonte é exposto a 1,4 
unidades de radiação, qual será a intensidade de radiação se ele se mover para 1,2 m da fonte? 
 
3 – Em amostras biológicas contemporâneas a razão de 
14
C/
12
C é de cerca de 1,2  10
-12
. Assim, cada 
amostra de 1,0 g de carbono biológico em equilíbrio com o 
14
CO2 da atmosfera tem uma razão de 5,8  10
10 
átomos de carbono-14 para 4,8  10
22 
átomos de carbono-12. Esta razão diminui de um fator de 2 por cada 
período de meia-vida do 
14
C (5.730 anos). A descoberta da idade de um objeto faz uso do fato de que o 
decaimento radioativo é um processo de primeira ordem. Se temos r0 para a razão 
14
C/
12
C no momento da 
morte de espécies com carbono impregnado e r1 para a razão 
14
C/
12
C atual, após t anos podemos substituir 
na Equação abaixo para obter a constante de meia vida: 
kt
r
r
ln
1
0 
,onde k é a constante de decaimento e t o tempo decorrido. Podemos obter a constante a partir da 
meia-vida do 
14
C utilizando a seguinte equação:
21kt2 /ln 
. Substituindo t1/2 por 5.730 anos e resolvendo 
par ak, temos k = 1,21 10
-4
 anos. Podemos substituir agora na primeira equação: 
 tano10211
r
r 14
1
0  ,ln
. 
Assim, a equação anterior pode ser utilizada para calcular a idade de uma criatura morta, se pudermos 
medir a razão 
14
C/
12
C. Desta forma, suponha que uma amostra de um antigo objeto de madeira foi 
encontrada e que sua razão de 
14
C/
12
C é igual a 3,0  10
-13
, calcule sua idade. 
Resp.: 1,2  10
4 
anos. 
 
4 – Uma das razões das armas nucleares terem que passar por manutenção periódica é pelo decaimento 
do trítio que elas contém. Suponha que uma amostra de trítio de massa 1,0 g é estocada. Qual a massa 
deste isótopo irá permanecer após 5,0 anos? A constante de decaimento é 0,0564 anos
-1
. 
Dados: m = m0e
-kt 
(m = massa final do isótopo; m0 = massa inicial; k = constante de decaimento; t = tempo 
decorrido).Resp.: 0,75 g. 
 
5 – Calcule a energia de ligação nuclear para o hélio-4 as partir das seguintes massas: 
4
He, 4,0026 u; 
1
H, 
1,0078 u.; n, 1,0087 u e considerando a reação: 2 
1
H + 2 
n10
 
4
He. 
Dados: 
2
ligação cmE 
; 1 u = 1/12 da massa do 
12
C = 1,6605  10
-27 
kg; c = 3,00  10
8 
m/s. 
Resp.: 4,54  10
-12 
J. 
 
6 –Quando o núcleo do urânio-235 é bombardeado com nêutrons, ele pode se “quebrar” de vários modos, 
como bolas de vidro que se estilhaçam em pedaços de diferentes tamanhos. Em um dos processos, 
urânio-235 forma bário-142 e criptônio-92: 
U23592
+ 
n10
 
Ba14256
+ 
Kr9236
+ 2
n10
. Calcule a energia (em 
joules) liberada quando 1,0 g de urânio-235 sofre esta reação de fissão. As massas das partículas são 
U23592
, 235,04 u; 
Ba14256
, 141,92 u; 
Kr9236
, 91,92 u; n, 1,0087 u. Resp.: -7,4  10
10 
J.

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