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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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