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1 Radioatividade II – Transmutação Artificial PROFESSOR ALEXANDRE VARGAS GRILLO 1. RADIOATIVIDADE OU TRANSMUTAÇÃO NATURAL Nos fenômenos nucleares naturais, átomos com núcleos instáveis, chamados de radioisótopos, ou radionuclídeos, emitem de forma espontânea partículas que transformam em novos átomos, até atingirem estabilidade nuclear. Nuclídeo é o nome dado a um núcleo caracterizado por um número atômico, designado pela letra Z e número de massa, designado pela letra A. Um elemento químico é considerado radioativo quando todos seus isótopos são radioativos. Isto ocorre com elementos que têm números atômicos maiores que 82, apresentando algumas exceções, como o Tecnécio (Z=43) e Promécio (Z=61) que são radionuclídeos artificiais. Os elementos com número atômico menor que 83 não são radioativos, mas podem apresentar algum isótopo radioativo. 2. TRANSMUTAÇÕES OU RADIOATIVIDADE ARTIFICIAL Nos fenômenos nucleares artificiais, um átomo é transformado em outro, provocado pelo bombardeamento de seu núcleo com partículas subatômicas. Al2713 + 4 2 → P 30 15 + n 1 0 P3015 → e 0 1 → Si 30 14 N147 + 4 2 → O 17 8 + p 1 1 Na Tabela Periódica todos os elementos químicos que possuem números atômicos maiores que 92, chamados Transurânicos, são artificiais, obtidos por meio de reações nucleares. Atualmente, a transmutação artificial é o grande meio de se produzir átomos artificiais. A maioria dos radioisótopos usados na medicina, agricultura e indústrias são produzidos a partir desse processo. ELEMENTO QUÍMICO ISÓTOPOS NÃO RADIOATIVOS ISÓTOPOS RADIOATIVOS Urânio (Z = 92) U ;U ;U 23992 238 92 235 92 Polônio (Z = 84) Po ;Po ;Po 214 84 212 84 210 84 Carbono (Z = 6) C ;C 136 12 6 Carbono 14 C 14 6 Hidrogênio (Z = 1) Prótio ;H11 Deutério H 2 1 Trítio H 3 1 2 3. SÉRIES RADIOATIVAS Série radioativa ou também conhecido como família, é o nome dado ao conjunto de nuclídeos relacionados por sucessivos decaimentos radioativos. Um exemplo clássico de uma série de decaimento trata-se do Urânio, que naturalmente ocorre nas jazidas de Poços de Caldas (MG), como é mostrado abaixo. PbPoPaThU 20682 210 84 234 91 234 90 238 92 ⎯→⎯→⎯→⎯⎯→⎯⎯→⎯ 4. FISSÃO NUCLEAR Processo de quebra de núcleos grandes em núcleos menores, liberando uma grande quantidade de energia. Esse processo ocorre em cadeia. A reação em cadeia da fissão nuclear só conseguirá se manter se a massa físsil for superior a um certo valor característico, chamado de massa crítica. No caso do urânio 235, essa massa é de aproximadamente 40 kg. A primeira observação foi em 1932 durante um experimento envolvendo átomos de urânio, bombardeados com nêutrons, que produziram um material radioativo, como mostram as reações abaixo. ++ ++ ++ ++ →+ nYI nMoSn nLaBr nKrBa nU 1 0 97 39 137 53 1 0 102 42 131 50 1 0 143 57 90 35 1 0 93 36 140 56 1 0 235 92 3 3 3 3 A quantidade de energia liberada durante a fissão do urânio é comparada com demais processos e é mostrada abaixo. Processo Energia liberada (kJ/g) Fissão do U23592 8,4.10 7 Emissão pelo Ra22688 2,0.10 6 Explosão do TNT 2,8 A bomba atômica lançada em Hiroshima tinha potência de 20 quiloton, sendo que 1 quiloton equivale a mil toneladas de TNT. Sua massa de urânio-235 era de 7 kg. Num reator nuclear, como o de Angra I, basicamente, a energia desprendida na fissão nuclear transforma a água líquida em vapor, que movimenta uma turbina, e esta por meio de um gerador, produz energia elétrica para abastecer as cidades. Um dos grandes problemas da fissão nuclear é a geração de lixo nuclear, proveniente da fissão do urânio 235, formando diferentes isótopos, que representam bastante risco à população, pois emitem as radiações alfa, beta e gama, logo necessitam ser armazenados em recipientes de chumbo ou vitrificando os rejeitos radioativos, que causam enorme impacto ambiental. 3 5. FUSÃO NUCLEAR Processo onde ocorre a junção de núcleos pequenos formando núcleos maiores e liberando uma quantidade bem alta de energia. Este processo é o que ocorre no Sol, onde núcleos de hidrogênio se fundem, formando núcleos de hélio, com liberação de grande quantidade de energia. Para a fusão ocorrer é necessária uma temperatura muito elevada, da ordem de 10 milhões de graus Celsius. A explosão dos átomos de hidrogênio que ocorre no Sol, libera energia que chega até nos sob a forma de luz e calor. energiaHeH pósitron +++→ + 0 0 0 1 4 2 1 1 224 A energia liberada na fusão é bem maior comparada a fissão nuclear. Processo Energia liberada (kJ/g) Fusão do H11 5,9 x 10 8 Fissão do U23592 8,4 x 10 7 O lixo da fusão nuclear é bem menos perigoso que o lixo da fissão nuclear, pois só apresente um nuclídeo radioativo, o trítio H31 . Em 1952, conseguiu-se realizar a primeira fusão não controlada, que foi chamada de bomba de hidrogênio, na qual a energia de ativação desta é uma bomba atômica, pois libera a energia necessária para a fusão. Cientistas tentam desenvolver um reator nuclear de fusão, porém isso ainda vai se demora alguns anos. 4 6. Exercício de nível 1: Questão 01 - (ESPCEX) Considere o gráfico de decaimento, abaixo, (Massa x Tempo) de 12 g de um isótopo radioativo. Partindo-se de uma amostra de 80,0 g deste isótopo, em quanto tempo a massa dessa amostra se reduzirá a 20,0 g? a) 28 anos b) 56 anos c) 84 anos d) 112 anos e) 124,5 anos Questão 02 – (ESPCEX) “Os Curie empreenderam uma elaborada análise química da uranimite, separando seus numerosos elementos em grupos analíticos: sais de metais alcalinos, de elementos alcalino terrosos, de elementos de terras raras... Os Curie continuaram a analisar os resíduos de uranimite e, em julho de 1898, obtiveram um extrato de bismuto quatrocentas vezes mais radioativo que o próprio urânio”. (Tio Tungstênio memórias de uma infância química — Oliver Sacks — p. 257). Considerando a meia vida do bismuto (214Bi), que é de 20 minutos, e uma amostra inicial de 100,0 g de 214Bi, a quantidade restante de 214Bi dessa amostra, que o casal Curie observaria, passada uma hora, seria de: a) 5,0 g b) 12,5 g c) 33,2 g d) 45,0 g e) 80,5 g Questão 03 - (ESPCEX) Um isótopo radioativo de Urânio-238 ( )23892U , de número atômico 92 e número de massa 238, emite uma partícula alfa, transformando-se num átomo X, o qual emite uma partícula beta, produzindo um átomo Z, que por sua vez emite uma partícula beta, transformando-se num átomo M. Um estudante analisando essas situações faz as seguintes observações: I. Os átomos X e Z são isóbaros; II. O átomo M é isótopo do Urânio-238 ( )23892U ; III. O átomo Z possui 143 nêutrons; IV. O átomo X possui 90 prótons. Das observações feitas, utilizando os dados acima, estão corretas: a) apenas I e II. b) apenas I e IV. c) apenas III e IV. 5 d) apenas I, II e IV. e) todas. Questão 04 – O decaimento radioativo de uma amostra de Sr-90 está representado no gráfico a seguir. Partindo-se de uma amostra de 40,0 g, após quantos anos, aproximadamente, restarão apenas 5,0 g de Sr-90? a) 15. b) 54. c) 84. d) 100. e) 120. Questão 05 – Um dos piores acidentes nucleares de todos os tempos completa 30 anos em 2016. Na madrugada do dia 25 de abril, o reator número 4 da Estação Nuclear de Chernobyl explodiu, liberando uma grande quantidade de Sr – 90 no meio ambiente que persiste até hoje em locais próximos ao acidente. Isso se deve ao período de meia-vida do Sr – 90 que é de aproximadamente 28 anos. O Sr – 90 é um beta emissor, ou seja, emite uma partícula beta, transformando-se em Y – 90. A contaminação pelo Y – 90 representa um sério risco à saúde humana, pois esse elemento substitui comfacilidade o cálcio dos ossos, dificultando a sua eliminação pelo corpo humano. <http://tinyurl.com/jzljzwc> Acesso em: 30.08.2016. Adaptado. Em 2016, em relação à quantidade de Sr – 90 liberada no acidente, a quantidade de Sr – 90 que se transformou em Y – 90 foi, aproximadamente, de a) 1/8. b) 1/6. c) 1/5. d) 1/4. e) 1/2. Questão 06 – A desintegração de um elemento radioativo ocorre segundo a sequência X → Y → V → W, pela emissão de partículas BETA, BETA e ALFA, respectivamente. Podemos, então, afirmar que são isótopos: a) V e W. b) Y e W. c) Y e V. 6 d) X e W. e) X e Y. Questão 07 - O iodo-125, variedade radioativa do iodo com aplicações medicinais, tem meia vida de 60 dias. Quantos gramas de iodo-125 irão restar, após 6 meses, a partir de uma amostra contendo 2,00 g do radioisótopo? a) 1,50. b) 0,75. c) 0,66. d) 0,25. e) 0,10. Questão 08 – Na transformação radioativa do 92U239 a 94Pu239 há emissão de: a) 2 partículas alfa. b) 2 partículas beta. c) 2 partículas alfa e 1 partícula beta. d) 1 partícula alfa e 2 partículas beta. e) 1 partícula alfa e 1 partícula beta. Questão 09 – Mediu-se a radioatividade de uma amostra arqueológica de madeira, verificando-se que o nível de sua radioatividade devida ao carbono-14 era 1/16 do apresentado por uma amostra de madeira recente. Sabendo-se que a meia-vida do isótopo 6C14 é 5,73 x 103 anos, a idade, em anos, dessa amostra é: a) 3,58 x 102. b) 1,43 x 10 3. c) 5,73 x 103. d) 2,29 x 104. e) 9,17 x 104. Questão 10 - Um ambiente foi contaminado com fósforo radiativo, 15P32. A meia-vida desse radioisótopo é de 14 dias. A radioatividade por ele emitida deve cair a 12,5% de seu valor original após: a) 7 dias. b) 14 dias. c) 42 dias. d) 51 dias. e) 125 dias. 7 Questão 11 - (MACKENZIE – SÃO PAULO) A irradiação é uma técnica eficiente na conservação e esterilização dos alimentos, pois reduz as perdas naturais causadas por processos fisiológicos (brotamento e maturação), além de eliminar ou reduzir microrganismos, parasitas e pragas, sem causar qualquer prejuízo ao alimento. Assim, cebolas, batatas e morangos são submetidos à irradiação, utilizando-se, como fonte, isótopos radioativos, emissores de radiação gama do elemento químico cobalto 60, que destroem bactérias e fungos responsáveis pela deterioração desses alimentos. O cobalto ( Co6027 ) pode também sofrer transmutação para manganês ( Mn 56 25 ), que por sua vez transforma-se em átomos de ferro ( Fe5626 ). Assinale a alternativa que contenha, respectivamente, a seqüência de partículas emitidas durante essa transmutação. a) e b) e c) e d) e e) e Questão 12 – (UEG) No Brasil, um país com recursos hídricos invejáveis, a produção de energia elétrica provém em sua grande maioria de usinas hidroelétricas. Entretanto, em países europeus, como a Alemanha e a França, a produção de eletricidade provém dos reatores de usinas nucleares. Em um processo radioativo, um radioisótopo A, de número atômico 92 e número de massa 238, foi convertido no elemento químico B de número atômico 88 e número de massa 226. Considerando essas informações, é CORRETO afirmar que, nesse processo radioativo, o número de partículas alfa e partículas beta emitidas são respectivamente: a) 2 e 0 b) 2 e 2 c) 2 e 3 d) 3 e 2 Questão 13 – (FUVEST) Em 1995, o elemento de número atômico 111 foi sintetizado pela transformação nuclear: nêutron Rg Bi Ni 272111 209 83 64 28 +→+ Esse novo elemento, representado por Rg, é instável. Sofre o decaimento: Md Lr Db Bh Mt Rg 252101 256 103 260 105 264 107 268 109 272 111 →→→→→ Nesse decaimento, liberam-se apenas a) nêutrons. b) prótons. c) partículas e partículas . d) partículas . e) partículas . 8 Questão 14 – (UFSCAR) O 235U é o responsável pela energia produzida por reatores comerciais, através do processo de fissão nuclear. O 238U, que constitui a maior parte do combustível nuclear, não sofre processo de fissão nessas condições. No entanto, ao ser atingido por nêutrons produzidos no funcionamento normal do reator, dá origem ao isótopo 239U, que emite, sucessivamente, duas partículas , gerando um produto radioativo, com meia-vida extremamente longa e que pode ser utilizado para fins militares. Sobre o produto gerado pelo decaimento radioativo do 239U, pela emissão sucessiva de duas partículas , é correto afirmar que se trata de a) Np 239 93 b) Pu 239 94 c) Th 234 90 d) U 236 e) mistura de 237U e 238U. Questão 15 - (VUNESP) O Tecnécio-99, um isótopo radioativo utilizado em Medicina, é produzido a partir do Molibidênio, segundo o processo esquematizado a seguir: 42Mo99 → 43Tc99 + partícula X t1/2 = 6,0h produto Y + radiação Define-se t1/2 (tempo de meia-vida) como o tempo necessário para que ocorra desintegração de metade do total de átomos radioativos inicialmente presentes. É correto afirmar que: a) X é uma partícula alfa b) X é uma partícula beta c) ao final de 12 horas, toda a massa de 43Tc99 é transformada em produto Y d) ao final de 12 horas, restam 72% da quantidade inicial de 43Tc99 e) o produto final Y é um isótopo do elemento de número atômico 44. 9 Questão 16 – (PUC – CAMPINAS) Em 09/02/96 foi detectado um átomo do elemento químico 112, num laboratório da Alemanha. Provisoriamente denominado de unúmbio, 112Uub, e muito estável, teve tempo de duração medido em microssegundos. Numa cadeia de decaimento, por sucessivas emissões de partículas alfa, transformou-se num átomo de férmio, elemento químico de número atômico 100. Quantas partículas alfa foram emitidas na transformação 112Uub → 100Fm ? a) 7 b) 6 c) 5 d) 4 e) 3 Questão 17 – (PUC – RIO DE JANEIRO) Observando a Tabela Periódica, indique qual é o elemento de maior número atômico que NÃO possui isótopo radioativo natural. a) Ra b) Pb c) Bi d) Ha e) Po Questão 18 – (SOUZA MARQUES) Em 16 dias, a massa de um elemento radioativo reduziu-se 75%. A meia-vida deste elemento é igual a: a) 2 dias b) 4 dias c) 6 dias d) 8 dias e) 12 dias Questão 19 – (SOUZA MARQUES) A reserva de urânio de Caetité, localizada no município baiano de Lagoa Real é uma das maiores reservas brasileiras naturais de minérios contendo o elemento urânio. O isótopo desse elemento que possui número de massa igual a 238 inicia naturalmente uma sequência de desintegrações em que, na primeira etapa, ele emite uma partícula alfa, que é constituída de dois prótons e dois nêutrons. O átomo do elemento produzido por essa emissão possui: a) 90 prótons b) Número de massa igual a 236 c) 145 nêutrons d) 91 prótons e) Número de massa igual a 238 10 Questão 20 - (UNIFESO) Pesquisadores japoneses realizaram recentemente testes em amostras de água do mar coletadas a cerca de 30000 metros da costa do Japão. Os resultados revelaram a presença de alarmante concentração do perigoso césio-137, isótopo do elemento césio (Cs) cujo número de massa é igual a 137. Esse isótopo radioativo é um emissor beta, produzido na detonação de armas nucleares, podendo estar presente em emissões de centrais nucleares acidentadas como a de Fukushima Daiichi. A representação do átomo formado quando um átomo do radioisótopo citado emite uma partícula beta é: a) 56Ba137 b) 53I133 c) 55Cs136 d) 54Xe137 e) 54Xe136 11 7. Exercício de nível 2: Questão 01 – (GAMA FILHO) Átomos de elementos com núcleos instáveis podem emitir radiação alfa, que são partículas carregadas positivamente, cuja estrutura é a de um núcleo de um átomo de hélio. Esse tipo de radiação é a que causa menos prejuízo a saúde humanaem razão de sua pouca capacidade de penetração dos tecidos. O isótopo de um elemento químico, ao emitir uma partícula alfa, forma um produto que, comparado ao seu original, deve ter o número: a) atômico e o número de massa, ambos menores em duas unidades; b) atômico menor em duas unidades e o número de massa menor em quatro unidades; c) atômico menor em quatro unidades e o número de massa menor em duas unidades; d) atômico aumentado em quatro unidades, apenas; e) de massa aumentado em quatro unidades, apenas. Questão 02 - (UNIFESO) Estudos recentes comprovam que cerca de 54% das radiações a que estamos expostos são provenientes do Radônio (Rn), gás nobre radioativo difundido em quase todos os ambientes que frequentamos. Todos os isótopos desse elemento são instáveis e ao emitirem partículas alfa convertem-se em isótopos do elemento: a) Rádio (Ra) b) Polônio (Po) c) Tório (Th) d) Chumbo (Pb) e) Xenônio (Xe) Questão 03 – (UFG) Observe o gráfico, a seguir, que representa a seqüência de decaimento radioativo do urânio ao chumbo: Th Th Po Po Po Ra Pa U U 234 234 234 238 90 90 91 92 92 230 226 88222 86 Rn 218 84 84 84Pb Pb Pb 214 210 206 82 82 82 Bi Bi 214 210 210 214 M as sa A tô m ic a Número Atômico 206 210 214 218 222 226 230 234 238 Nesse gráfico, 01. Pb, Bi e Po são isótopos de massa 214. 02. estão representados dois isótopos radioativos do chumbo (Pb). 03. o urânio decai a tório por emissão de radiação α . 04. o radônio (Rn), um gás nobre, não é radioativo. 12 Questão 04 - (UEL - PARANÁ) Os elementos radiativos são muito usados em medicina, tanto para diagnósticos como para procedimentos terapêuticos. São também usados para determinar os mecanismos das reações químicas e determinar a idade de objetos antigos. As reações nucleares são aproveitadas em geradores de eletricidade e em armas de destruição maciça. Com relação à emissão de partículas e/ou radiações por átomos radiativos, é correto afirmar: a) Radiatividade é a emissão espontânea de partículas e/ou radiações de núcleos estáveis de átomos, originando outros núcleos que serão sempre instáveis. b) A partícula é um núcleo do átomo de hélio, portanto é formada por 2 prótons, dois elétrons e dois nêutrons. c) A partícula forma-se a partir da desintegração do nêutron, que dá como resultado um próton, um elétron (partícula ) e um neutrino, partícula sem carga elétrica e de massa desprezível. d) As emissões gama () são partículas que apresentam menor poder de penetração e maior poder ionizante sobre os gases. e) As emissões alfa () são as principais responsáveis pelos efeitos biológicos das radiações. Podem produzir mutações nas células do nosso organismo, com gravíssimas consequências genéticas. Questão 05 - (UEL - PARANÁ) Os elementos radiativos têm muitas aplicações. A seguir, estão exemplificadas algumas delas. I. O iodo é utilizado no diagnóstico de distúrbios da glândula tireóide, e pode ser obtido pela seguinte reação: Te13052 + n 1 0 → I 131 53 + X II. O fósforo é utilizado na agricultura como elemento traçador para proporcionar a melhoria na produção do milho, e pode ser obtido pela reação: Cl3517 + n 1 0 → P 32 15 + Y Sua reação de decaimento é: P3215 → S 32 16 + Z III. O tecnécio é usado na obtenção de imagens do cérebro, fígado e rins, e pode ser representado pela reação: Tc9943 → Tc 99 43 + Q Assinale a alternativa que indica, respectivamente, os significados de X, Y, Z e Q nas afirmativas I, II e III: a) α , β , γ , α b) α , β , α , γ c) γ , β , γ , α d) β, α , β , β 13 e) β , α , β , γ Questão 06 - (UFTM – MINAS GERAIS) A ciência tem comprovado que o cigarro contém substâncias cancerígenas e que pessoas fumantes apresentam probabilidade muito maior de contrair o câncer quando comparadas com as não fumantes. Além dessas substâncias, o tabaco contém naturalmente o isótopo radioativo polônio de número de massa 210, cujo núcleo decai emitindo uma partícula alfa. O quadro apresenta alguns elementos químicos com os seus respectivos números atômicos. O núcleo resultante, após o decaimento do polônio 210, é um isótopo do elemento: a) astato. b) bismuto. c) chumbo. d) polônio. e) radônio. Questão 07 - (PUC – RIO DE JANEIRO) Considere as seguintes afirmativas: I. O elemento químico que possui configuração eletrônica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 faz parte do grupo dos elementos alcalinos, e seu número de oxidação mais comum é +1. II. Um elemento da família dos alcalinos reage com água para formar o respectivo hidróxido. III. Um par de isótopos possui o mesmo número de massa, porém números atômicos diferentes. IV. O íon mais comum do elemento Br é formado pela perda de um elétron. V. Uma partícula é formada por dois prótons e dois nêutrons. Um nuclídeo que emite uma partícula resulta em um novo nuclídeo com duas unidades de número atômico e duas unidades de número de massa menores que o do nuclídeo original. Com base nas afirmativas acima, pode-se concluir que: a) apenas a afirmativa II é correta. b) as afirmativas I, II e V são corretas. c) apenas a afirmativa IV é correta. d) as afirmativas II e V são corretas. e) todas as afirmativas são falsas. 14 Questão 08 – (PUC - PARANÁ) Os raios invisíveis. Em 1898, Marie Curie (1867-1934) era uma jovem cientista polonesa de 31 anos radicada em Paris. Após o nascimento de sua primeira filha, Irene, em setembro de 1897, ela havia acabado de retornar suas pesquisas para a produção de uma tese de doutorado. Em comum acordo com seu marido Pierre Curie (1859-1906), ela decidiu estudar um fenômeno por ela mesma denominado radiatividade. Analisando se esse fenômeno - a emissão espontânea de raios capazes de impressionar filmes fotográficos e tornar o ar condutor de eletricidade - era ou não uma prerrogativa do urânio, Marie Curie acabou por descobrir em julho de 1898 os elementos químicos rádio e polônio. Por algum motivo, os átomos de rádio e polônio têm tendência a emitir raios invisíveis, sendo esta uma propriedade de determinados átomos. Na tentativa de compreender esse motivo, a ciência acabou por redescobrir o átomo. O átomo redescoberto foi dividido em prótons, nêutrons, elétrons, neutrinos, enfim, nas chamadas partículas subatômicas. Com isso, teve início a era de física nuclear. ("Folha de S. Paulo", 22 de novembro de 1998,p.13). Relacionado ao texto e seus conhecimentos sobre radiatividade, assinale a afirmação correta. a) O contador Geiger é um aparelho usado para medir o nível de pressão. b) Para completar a reação nuclear: Al2713 + x → Mg 24 12 + He 4 2 , x deve ser uma partícula beta. c) O 88Ra225 ao transformar-se em actínio, Z = 89 e A = 225, emite uma partícula alfa. d) O elemento químico rádio apresenta Z = 88 e A = 225, logo pertence à família dos metais alcalinos terrosos e apresenta 7 camadas eletrônicas. e) O polônio, usado na experiência de Rutherford, emite espontaneamente nêutrons do núcleo. Questão 09 - (UFMT) Uma amostra de urânio radioativo, U23892 , colocada em um recipiente cilíndrico de chumbo, decai em tório, T h23490 , e emite radiação por meio de uma fenda na câmara de chumbo. A radiação passa entre duas placas condutoras, ligadas a uma fonte de corrente contínua, e incide sobre uma tela fluorescente, conforme a figura (as linhas pontilhadas indicam as possíveis trajetórias das partículas). Fenda no bloco de chumbo Câmara de chumbo Material radioativo Tela fluorescente Placas condutoras + − a b c Fenda no bloco de chumbo Tela fluorescente Câmara de chumbo Material radioativo Placas condutoras 15 Assinale a correspondência correta entre partícula emitida e posição na tela fluorescente. a) , b b) , a c) , c d) , c e) , a Questão 10- (SIMULADO ESPCEX) As figuras representam alguns experimentos de raios catódicos realizados no início do século passado, no estudo da estrutura atômica. O tubo nas figuras (a) e (b) contém um gás submetido à alta tensão. Figura (a): antes de ser evacuado. Figura (b): a baixas pressões. Quando se reduz a pressão, há surgimento de uma incandescência, cuja cor depende do gás no tubo. A figura (c) apresenta a deflexão dos raios catódicos em um campo elétrico. Em relação aos experimentos e às teorias atômicas, analise as seguintes afirmações: I. Na figura (b), fica evidenciado que os raios catódicos se movimentam numa trajetória linear. II. Na figura (c), verifica-se que os raios catódicos apresentam carga elétrica negativa. III. Os raios catódicos são constituídos por partículas alfa. IV. Esses experimentos são aqueles desenvolvidos por Rutherford para propor a sua teoria atômica, conhecida como modelo de Rutherford. As afirmativas corretas são aquelas contidas apenas em a) I, II e III. b) II, III e IV. c) I e II. d) II e IV. e) IV. Questão 11 – O 201Tℓ é um isótopo radioativo usado na forma de TℓCℓ3 (cloreto de tálio), para diagnóstico do funcionamento do coração. Sua meia-vida é de 73h (~3dias). Certo hospital possui 20g desse isótopo. Sua massa, em gramas, após 9 dias, será igual a: a) 1,25 b) 2,5 c) 3,3 d) 5,0 e) 7,5 16 Questão 12 - No Brasil, um país com recursos hídricos invejáveis, a produção de energia elétrica provém em sua grande maioria de usinas hidroelétricas. Entretanto, em países europeus, como a Alemanha e a França, a produção de eletricidade provém dos reatores de usinas nucleares. Em um processo radioativo, um radioisótopo A, de número atômico 92 e número de massa 238, foi convertido no elemento químico B de número atômico 88 e número de massa 226. Considerando essas informações, é CORRETO afirmar que, nesse processo radioativo, o número de partículas alfa )( e partículas beta )( emitidas são respectivamente: a) 2 e 0 b) 2 e 2 c) 2 e 3 d) 3 e 2 e) 3 e 3 Questão 13 – 6C14 é um isótopo radiativo -emissor, presente na atmosfera e em todos os seres vivos. A equação que representa corretamente a emissão desse radionuclídeo é: a) 6C14 →-10 + 7N14 b) 6C14+-10 →514 c) 6C14→-1-1 + 7N15 d) 7N14 → 6C14 + 1o e) 7N15 + -1-1 → 6C14 Questão 14 – Uma certa massa inicial do radioisótopo trítio reduz-se a 200g em 36 anos. A mesma massa inicial leva 60 anos para se reduzir a 50g. Assinale a alternativa que indica corretamente o tempo de meia vida do trítio. a) 4 anos. b) 6 anos. c) 8 anos. d) 10 anos. e) 12 anos. Questão 15 – (FEI) Um dos materiais irradiados durante a operação de um reator nuclear é o fósforo 32. O procedimento para evitar a contaminação radioativa por esse material é estocá-lo, para decaimento a níveis de segurança. Sabe-se que a meia-vida do fósforo 32 é de 14 dias. Considerando 7,8mg como nível de segurança, assinale o tempo, em dias, necessário para este valor ser atingido a partir de 1 grama de fósforo 32: a) 42 b) 98 c) 118 d) 256 e) 512 17 Questão 16 - (UFRJ) A concentração de carbono 14 nos seres vivos e na atmosfera é de 10 ppb (partes por bilhão). Esta concentração é mantida constante graças às reações nucleares representadas a seguir, que ocorrem com a mesma velocidade. N14 + 0n1 → C14 + X ocorre nas camadas mais altas da atmosfera C14 → N14 + Y ocorre na camadas mais baixas da atmosfera e nos seres vivos A análise de um fragmento de um fóssil de 16.800 anos de idade revelou uma concentração de carbono 14 igual a 1,25 ppb. a) Identifique as partículas X e Y. b) Calcule a meia-vida do carbono 14. Questão 17 - (PUC - CAMPINAS) O iodo-125, variedade radioativa do iodo com aplicações medicinais, tem meia vida de 60 dias. Quantos gramas de iodo-125 irão restar, após 6 meses, a partir de uma amostra contendo 2,00g do radioisótopo? a) 1,50 b) 0,75 c) 0,66 d) 0,25 e) 0,10 Questão 18 - (PUC - CAMPINAS) Um ambiente foi contaminado com fósforo radiativo, 15P32. A meia-vida desse radioisótopo é de 14 dias. A radioatividade por ele emitida deve cair a 12,5% de seu valor original após a) 7 dias. b) 14 dias. c) 42 dias. d) 51 dias. e) 125 dias. Questão 19 – (MACKENZIE – SÃO PAULO) (Mackenzie 1996) No dia 6 de agosto de 1995, o mundo relembrou o cinquentenário do trágico dia em que Hiroshima foi bombardeada, reverenciando seus mortos. Uma das possíveis reações em cadeia, de fissão nuclear do urânio 235 usado na bomba, é 92U235 + 0n1 → 56Ba 139 + 36Kr94 + X + energia, onde X corresponde a: a) 1H3 b) 3 0n1 c) 2 0n1 d) 2á4 e) 1D2 Questão 20 – (UNESP) O acidente do reator nuclear de Chernobyl, em 1986, lançou para a atmosfera grande quantidade de 38Sr90 radioativo, cuja meia-vida é de 28 anos. Supondo ser este isótopo a única contaminação radioativa e sabendo que o local poderá ser considerado seguro quando a quantidade de 38Sr90 se reduzir, por desintegração, a 1/16 da quantidade inicialmente presente, o local poderá ser habitado novamente a partir do ano de a) 2014. b) 2098. 18 c) 2266. d) 2986. e) 3000. 19 8. Exercício de nível 3: Questão 01 - (ITA) Considere as seguintes equações relativa a processos nucleares: I. 3Li8 → 2He4 + 2He4 + x II. 4Be7 + y → 3Li7 III. 5B8 → 4Be8 + z IV. 1H3 → 2He3 + w Ao completar as equações dadas acima, as partículas x, y, z e w são, respectivamente: a) Pósitron, alfa, elétron, e elétron. b) Elétron, alfa, elétron e pósitron. c) Alfa, elétron, elétron e pósitron d) Elétron, elétron, pósitron e elétron. e) Elétron, elétron, pósitron e elétron. Questão 02 - (UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO - MEDICINA) Descobrir que a radiação danifica o material genético da célula maligna foi o passo definitivo para o surgimento da radioterapia, uma especialidade médica reconhecida em 1922 pelo Congresso Mundial de Oncologia de Paris, que evoluiu muito no decorrer do século XX e chega ao século XXI contando com aparelhos de altíssima precisão para destruir o tumor sem causar danos às células normais que lhe são próximas. O elemento radônio (86Rn222) é bastante utilizado nessa técnica e é obtido pelo decaimento radioativo do urânio (92U238). a) Partindo do isótopo-238 do Urânio quantas partículas alfa e beta são necessárias emitir para o decaimento radioativo atingir o isótopo-222 do radônio? b) O radônio-222 possui meia-vida de aproximadamente quatro dias antes de se transformar no chumbo-218 (82Pb218). Partindo de 10g desse elemento qual deve ser a massa de chumbo formada após quarenta dias de decaimento radioativo? Questão 03 – (Estácio de Sá - MEDICINA) O Tecnésio 99 m é um radioisótopo muito usado em processo de geração de imagens de diversos órgãos, para fins de diagnósticos. Ele é produzido em uma aparelhagem chamada gerador de tecnécio, possuindo uma meia- vida de 6 horas. Suponha que cerca de 60 mg de tecnécio 99 m foram produzidos em um gerador de tecnécio, e determine: a) O valor da constante de decaimento do Tecnésio 99 m? b) A relação entre a velocidade inicial de decaimento, e a velocidade de decaimento após 5 meias vidas? 20 Questão 04 – (VASSOURAS - MEDICINA) O radioisótopo 99Tc, utilizado em exames clínicos, emite uma única partícula beta, sendo seu tempo de meia-vida igual a 2 x 105 anos. Considere um laboratório no qual foram armazenados 20 g de 99Tc para uso em exames. a) Apresente a equação nuclear de decaimento do 99Tc e calcule o tempo necessário, em anos, para que a massa remanescente do radioisótopo armazenada seja igual a 5g. b) Indique o grupo da tabela de classificação periódica ao qual pertence o 99Tc e escreva o símbolo do elemento químico de menorraio atômico desse grupo. Questão 05 - (ESTÁCIO DE SÁ - MEDICINA) A arqueologia utiliza, frequentemente, a determinação da queda da taxa de carbono 14 dos corpos dos seres vivos, após a morte, para determinar a idade dos achados arqueológicos. O decaimento radioativo do carbono 14 segue o gráfico apresentado abaixo. Arqueólogos de uma universidade, ao encontrar partes do corpo de um antepassado, determinaram a taxa de carbono 14 verificando que o valor achado correspondia a 1/5 da taxa normal. Analisando o gráfico, marque a resposta que corresponde à ordem de grandeza da idade do achado arqueológico, em anos: Dados: log 5 = 0,70; log 2 = 0,30. a) 23000 b) 17000 c) 13000 d) 11000 e) 6000 Questão 06 - (ITA) Considere as seguintes afirmações: I. A radioatividade foi descoberta por Marie Curie. II. A perda de uma partícula beta de um átomo de 33As 75 forma um átomo de número atômico maior. III. A emissão de radiação gama a partir do núcleo de um átomo não altera o número atômico e o número de massa do átomo. IV. a desintegração de 88Ra 226 a 83Bi 214 envolve a perda de 3 partículas alfa e duas partículas beta. Das afirmações feitas estão CORRETAS a) apenas I e II. 21 b) apenas I e III. c) apenas I e IV. d) apenas II e III. e) apenas II e IV. Questão 07 - (ITA) Uma solução saturada em hidróxido de cálcio é representada pela dissolução de excesso dessa substância em água na temperatura de 25 C. Considere as afirmações seguintes relativas ao que acontece nos primeiros instantes (segundos) em que dióxido de carbono marcado com carbono quatorze (14C) é borbulhado nesta mistura heterogênea: I. Radioatividade será detectada na fase líquida. II. Radioatividade será detectada na fase sólida. III. O pH da fase líquida diminui. IV. A massa de hidróxido de cálcio sólido permanece constante. V. O sólido em contato com o líquido será uma mistura de carbonato e hidróxido de cálcio. Das afirmações feitas, estão CORRETAS: a) apenas I, II e V. b) apenas I, III e IV. c) apenas II, III e V. d) apenas II e IV. e) todas Questão 08 - (UEG) Radioatividade é o fenômeno pelo qual um núcleo instável emite espontaneamente determinadas partículas e ondas, transformando-se em outro núcleo mais estável. As partículas e ondas emitidas pelo núcleo recebem genericamente o nome de radiações. O fenômeno da radioatividade é exclusivamente nuclear, isto é, ele se deve unicamente ao núcleo do átomo. Um átomo Y, de número atômico 88 e número de massa 226, emite duas partículas alfa, transformando-se num átomo X, o qual emite uma partícula beta, produzindo um átomo W. Considerando essas informações, faça o que se pede: a) Determine Z e A do átomo X. b) Determine Z e A do átomo W. 22 Questão 09 – (UNESP) O primeiro isótopo radioativo artificialmente produzido foi o 15P30, através do bombardeio de lâminas de alumínio por partículas alfa, segundo a reação (I) (I) 13Aℓ27 + partícula alfa → 15P30 + partícula X. O isótopo formado, 15P30, por sua vez emite um pósitron, segundo a reação (II) (II) 15P30 → nYb + +1e0 Balancear as equações (I) e (II), identificando a partícula X, e fornecendo os números atômico e de massa do elemento Y formado. Questão 10 – (FUVEST) O cobalto-60 (27Co60), usado em hospitais, tem meia-vida de 5 anos. Calcule quantos mols de cobalto-60 restarão após 20 anos em uma amostra que inicialmente continha 10g desse isótopo. 23 9. Gabarito Exercício de nível 1 - GABARITO: Questão 01 – Alternativa B. Questão 02 – Alternativa B. Questão 03 - Alternativa E. Questão 04 – Alternativa C. Questão 05 – Alternativa E. Questão 06 – Alternativa D. Questão 07 – Alternativa D. Questão 08 – Alternativa B. Questão 09 – Alternativa D. Questão 10 – Alternativa C. Questão 11 – Alternativa B. Questão 12 – Alternativa D. Questão 13 – Alternativa E. Questão 14 – Alternativa B. Questão 15 – Alternativa B. Questão 16 – Alternativa B. Questão 17 – Alternativa C. Questão 18 – Alternativa D. Questão 19 – Alternativa A. Questão 20 – Alternativa A. 24 Exercício de nível 2 - GABARITO: Questão 01 – Alternativa B. Questão 02 – Alternativa B. Questão 03 – 01-ERRADO; 02-CERTO; 03-CERTO; 04-ERRADO. Questão 04 – Alternativa C. Questão 05 – Alternativa E. Questão 06 – Alternativa C. Questão 07 - Alternativa A. Questão 08 – Alternativa D. Questão 09 - Alternativa C. Questão 10 – Alternativa C. Questão 11 – Alternativa B. Questão 12 – Alternativa D. Questão 13 – Alternativa A. Questão 14 – Alternativa E. Questão 15 – Alternativa B. Questão 16 – a) X = Próton; Y = Partícula Beta; b) T = 5.600 anos. Questão 17 – Alternativa D. Questão 18 – Alternativa C. Questão 19 – Alternativa B. Questão 20 – Alternativa B. 25 Exercício de nível 3 - GABARITO: Questão 01 – ALTERNATIVA D/E. I ................. -1X0 → elétron II ............... -1Y0 → elétron III .............. +1Z0 → pósitron IV .............. -1W0 → életron Questão 02 – a) - Reação de decaimento do isótopo 238 - Urânio: 92U238 → 4 4α2 + 2 0β-1 + 86Rn222 Serão necessárias quatro partículas alfa e duas partículas beta. b) Dado fornecido pelo problema: tempo de meia vida do Randônio = 4 dias. Massa inicial = 10 g. Primeira maneira de resolução: (Massa inicial) 10g ----- 5g ----- 2,5g ----- 1,25g ----- 0,625 ----- 0,3125 ----- 0,15625g ----- 0,078125g ----- 0,0390625g ----- 0,01953125g ----- 0,009765625g (massa final). Segunda maneira de resolução: (Massa inicial) 10g Mf = mi / 2x, onde: mi é a massa inicial, mf é a massa final e x é a razão do tempo total pelo tempo de meia-vida. x = 40 dias / 4 dias = 10. mf = 10 / 210 Massa final (mf) = {10/210} = {10/1024} = 0,009765625 g. Questão 03 – a) Sabendo que o tempo de meia vida de um radioisótopo é dado pela seguinte equação matemática: t1/2 = ln2/λ, é a constante de decaimento de um determinado radioisótopo. - Cálculo da constante de decaimento radioativo: t1/2 = ln(2)/λ λ = = ln(2)/ t1/2 = 0,693/6 h = 0,115 h-1. b) Para um processo de decaimento radioativo, a cinética será de primeira ordem. - Equação cinética para o decaimento do Tecnésio 99m: v = k.[Tc]y, onde y é a ordem de reação de decaimento. Logo, y = 1. v = k.[Tc]¹ - Base de cálculo: Partindo de 100 g de Tecnésio 99m, temos: 26 (Massa inicial) 100 g ----- 50 g ----- 25 g ----- 12,5 g ----- 6,25 g ----- 3,125 g (massa final) vinicial = k.(100) vfinal = k.(3,125) Razão vfinal/vinicial: vfinal/vinicial = k.(3,125)/k.(100) vfinal/vinicial = 1/32. vinicial = 32. vfinal Questão 04 – a) - Reação de decaimento do elemento Tecnésio: 99Tc43 → 0β-1 + 99X44. - Cálculo do tempo total: (Massa inicial) 20 g ----- 10 g ----- 5 g (Massa final) Tempo total = 2 x 105 + 2 x 105 = 4 x 105 anos - Grupo da tabela periódica que pertence o Tecnésio: Grupo 7. b) O elemento químico de menor raio que pertence ao grupo 7 trata-se do Manganês (Mn). Questão 05 – Alternativa C. - Informação do problema: mf = (1/5).mi, onde: ✓ mf = massa final; ✓ mi = massa inicial. Para a resolução deste problema, iremos utilizar uma fórmula matemática. A equação matemática é a seguinte: 𝑚 𝑓= 𝑚𝑖 2𝑥 , onde x é o número de meias-vidas do processo. - Cálculo do número de meias-vidas do processo: 𝑚 𝑓= 𝑚𝑖 2𝑥 1 5 . 𝑚𝑖 = 𝑚𝑖 2𝑥 2x = 5 Aplicando a função logarítmica, temos: log(2x) = log(5) x.log(2) = log(5) x. (0,30) = 0,70 x = 2,33. 27 Neste problema, podemos observar no gráfico a seguir que o tempo de meia-vida corresponde a 5600 anos. Sabendo que o tempo total (T) é o produto do número de meias-vidas pelo tempo de meia- vida, logo a idade do achado arqueológico será igual a: T = x.t1/2 T = 2,33 x 5600 anos = 13066,67 anos. T = 13066,67 anos. Questão06 – Alternativa D. I- Falso → quem descobriu a radioatividade foi H. Bequerel em 1896. 75 75 0 33 34-1 As + Se + energia II- Verdadeiro III- Verdadeiro → a emissão gama é uma onda eletromagnética, portanto não provoca alteração no número de massa e nem no número atômico do átomo emissor. IV- Falso 75 4 A 0 33 2 Z-1 Ra 3 + 2 + X 226 = 12 + A → A = 214 88 = 6 – 2 + Z → Z = 84 Não haverá formação do átomo de número atômico 83, mas sim o de número atômico 84. Questão 07 – Alternativa D. As equações químicas que descrevem o processo são: a- equilíbrio do Ca(OH)2: 2+ - (aq)2(s) (aq)Ca(OH) Ca + 2 OH b- equilíbrio do CO2 após ser borbulhado: - - - - 2- (L)2 2(g) (aq) 3(aq) 3(aq) 3(aq) CO + OH HCO HCO + OH H O + CO c- precipitação do carbonato de cálcio: 28 2+ 2- (aq) 3(aq) 3(s)Ca + CO CaCO Comentário dos itens: I- Verdadeiro, pois o CO2 vai estar dissolvido na fase líquida. II- Verdadeiro, pois o CO3 2- também é precipitado na forma de carbonato de cálcio. III- Falso. Como o OH-, liberado na dissociação do Ca(OH)2 é consumido na dissolução do CO2, podemos dizer que o pH tende a se manter constante. IV- Falso, pois o consumo dos íons OH- na dissolução do CO2 faz com que o equilíbrio seja deslocado para a direita o que produz diminuição da massa de Ca(OH)2 na forma sólida. V- Verdadeiro. O CaCO3 e Ca(OH)2 vão formar os precipitados desse processo. Questão 08 – a) Z = 86; A = 222. b) Z = 87; A = 222. Questão 09 – I) 13Aℓ27 + 2á4 → 15P30 + 0n1 (partícula x = nêutron) II) 15P30 → 14Y30 + +1e0 (elemento Y → Z=4 e A=30) Questão 10 – O número de mol será igual a, n = 0,010 mol. 29 GUIA DO PROFESSOR: 1. Assunto Radioatividade II - Transmutação Artificial. 2. Objetivo Neste capítulo o aluno terá que aprender e a parte teórica da radioatividade, através da transmutação artificial e natural, além da diferença entre Fissão e Fusão Nuclear. 3. Conteúdo do Módulo 1. Radioatividade ou transmutação natural 2. TRANSMUTAÇÕES OU RADIOATIVIDADE ARTIFICIAL 3. Séries radioativas 4. Fissão Nuclear 5. Fusão Nuclear 6. Exercício de nível 1 7. Exercício de nível 2 8. Exercício de nível 3 9. Gabarito 4. Abordagem - Estudo radioativo, com análise de gráficos para tempo de meia-vida e decaimentos radioativos. - Apresentar ao alunado as principais diferenças entre fissão e fusão, além de transmutação artificial e natural. 5. Prioridades Apresentar cálculos radioativos, através do tempo de meia-vida e reações de decaimentos. 6. Sugestões: Aplicação de mais exercícios.
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