Ciências da Natureza
e suas Tecnologias
Química
Prof. Carlos James
14
nº
ESPERTEZA ATÔMICA
“Passada a marolinha diplomática do Brasil no
Oriente Médio, ficou claro que o megalonanismo da
diplomacia brasileira serviu mesmo para acobertar os
objetivos bélicos dos iranianos.”
Duda Teixeira
Nada do que aconteceu na última semana – nem o
“acordo” celebrado com euforia por Brasil e Turquia em
Teerã, nem a proposta americana de sanções ao regime
dos aiatolás – alterou a seguinte realidade:
O Irã continua tocando no mesmo ritmo seu projeto
nuclear bélico, do qual faz parte também um veículo
lançador de ogivas e para o qual até o primeiro alvo já foi
escolhido e reiteradamente declarado – Israel, país que o
presidente iraniano, Mahmoud Ahmadinejad, não perde a
chance de dizer que precisa ser “varrido do mapa.”
Os cientistas iranianos já transpuseram a fase mais
difícil, que consiste em enriquecer o urânio a 3,5%. A
partir desse ponto, a infraestrutura e o conhecimento
necessários para produzir urânio a 90%, o combustível das
armas nucleares, estão praticamente garantidos. Bastam
algumas modificações, como instalar as centrífugas em
cadeia. “O país já trilhou 80% do caminho para ter um
arsenal nuclear”, diz a física búlgara Ivanka Barzashka,
da Federação de Cientistas Americanos, em Washington.
O Irã tem 2.300 quilos de urânio, quantidade suficiente
para produzir material para duas bombas atômicas.
Em meados de um ano, o país conseguirá adaptar as
instalações já existentes e enriquecer o urânio a 90%.
O passo seguinte é colocar o material em uma ogiva
e instalá-la na ponta de um míssil, com um detonador
eficiente. Os engenheiros a serviço dos aiatolás estão
projetando esses artefatos. Estima-se que essa fase
demore entre três e cinco anos. Ou seja, no cenário mais
pessimista, em 2013, antes que o Brasil consiga terminar
de reformar os seus estádios para a Copa do Mundo, o Irã
já terá a bomba atômica. Enquanto isso, a comunidade
internacional assiste a tudo inerte.
26 de maio, 2010. Veja
MÁGICA
PEDRINHA
“
Passada a marolinha
diplomática do Brasil
no Oriente Médio,
ficou claro que o
megalonanismo da
diplomacia brasileira
serviu mesmo
para acobertar os
objetivos bélicos dos
”
iranianos.
Duda Teixeira
Ciências da Natureza e Suas Tecnologias
O que acontece com o urânio antes e depois de virar energia
Escrito nas estrelas
Há bilhões de anos, explosões de estrelas supernovas soltaram
pedras a 10.000km/s. Essa matéria se colidia, provocando fusões
nucleares. O resíduo das explosões (elementos como ouro, chumbo, ferro
e urânio) ajudaram a formar a Terra.
O funcionamento
Disponibilidade
da centrífuga
no Irã
2. Minério de urânio
O metal é triturado e
Cerca de 500 vezes mais comum que o ouro, o urânio está alojado
transformado em um concentrado
em rochas simples a poucos metros de profundidade. O Brasil tem a 5ª
O subsolo tem
em pó, chamado de yellowcake
Em estado
pequenas
maior
reserva de urânio do mundo. Nas minas, ele vira um pó amarelo,
bruto
reservas do metal
Mistura-se flúor ao
o yellow cake.
yellowcake para a obtenção
de um gás
Aqui começa o processo
3. Enriquecimento
O gás de
Existem 3 tipos de urânio. O mais raro é o isótopo 234 e o mais
2.300 quilos.
urânio é
Atingir esse grau
colocado em
comum é o 238 (compõe 99,3% do total). O urânio 235 é mais instável:
Geração de
de enriquecimento
uma centrífuga
suas ligações quebram bem facinho, por isso é o preferido das usinas. Para
é o mais difícil
eletricidade
de alta
velocidade
usar urânio como combustível, é preciso enriquecê-lo: procurar aumentar
a porcentagem do U-235 em relação à do U-238.
A força
O país produziu uma
centrífuga joga
4. Balinhas
pequena quantidade
os isótopos U238,
Propulsão de
em fevereiro e afirmou
Depois de separado, triturado e enriquecido, o urânio vira pastilhas
mais pesados,
submarino
que continuará
para fora da
de 1cm de altura e 0,8cm de diâmetro. Cada uma delas gera energia
e uso médico
enriquecendo até
máquina. Os U235,
esse ponto
mais leves,
suficiente para uma casa durante um mês. Até aqui, o urânio é uma pedra
permanecem
comum, que não emite radioatividade perigosa. É em forma de pastilha
que ele vira energia na usina nuclear.
Pode alcançar esse
O urânio
estágio em menos
enriquecido, com
Combustível
5. Lixo dos piores
de um ano. Para
uma concentração
para a bomba
abastecer uma ogiva,
maior de U235, é
Depois da fissão nuclear na usina, o que resta são átomos
são necessários
atômica
sugado do centro
radioativos de plutônio, iodo, césio e dezenas de outros elementos. O
20 quilost
da centrífuga
plutônio emite radiação alfa, que é captada pelos ossos humanos e causa
câncer em poucos dias. Roupas, ferramentas, peças e canos impregnados
POR QUE A PROPOSTA TURCO-BRASILEIRA NÃO TEM VALOR
O processo é
120 quilos
Em troca, o país
Pelo acordo,
de radioatividade são lixos atômicos mais leves.
repetido em uma
persa receberia
o Irã enviaria
sequência de
20%
120 quilos
1200 quilos
6. Debaixo do tapete
centrífugas até
TURQUIA
enriquecidos
de urânio a
que se alcance
O plutônio precisa ser armazenado em câmaras de concreto e
a 20%
o nível de
3,5% para a
3,5%
enriquecimento
chumbo até que pare de oferecer tanto risco – cerca de 24.000 anos.
Turquia em até
IRÃ
de 90%
trinta dias
As
usinas
de Angra 1 e Angra 2 produzem 43 toneladas desse lixo atômico
1200 quilos
por ano. Ele também pode voltar ao laboratório e ser usado em bombas
O acordo não diz
O Irã
O governo iraniano
Inspeções da
atômicas como a de Nagasaki.
quem vai enriquecer permanece
já disse que vai
ONU não estão
a amostra enviada
com 1100
continuar
previstas
• Perigo!
pelo Irã
quilos a 3,5%
enriquecido a 20%
Medindo a concentração de urânio 235, os inspetores internacionais
descobrem que fim o material terá. O urânio que serve para mover submarinos nucleares e usinas é enriquecido com 3% de Urânio 235. Já
bombas atômicas precisam de pelo menos 90% dele.
Quanto mais enriquecido o urânio, maior a proporção do isótopo U235, de alta
radioatividade. A fase mais difícil do processo já foi completada pelo Irã. Daqui para a
frente, conseguir o combustível para a bomba atômica depende principalmente do
estoque do material à disposição do país.
1. DENTRO DA USINA
Ela tira energia de dentro do núcleo dos átomos
1. No forno
As pastilhas de urânio são empilhadas em varetas de uma liga super-resistente. A usina Angra 2 tem cerca de 10 milhões de pastilhas,
que duram em média 3 anos. Todas elas ficam no coração da usina: o reator nuclear.
2. Fissão
Os prótons e os nêutrons do núcleo do átomo de urânio são ligados por uma energia enorme – a energia nuclear. Quando um nêutron
atinge o átomo, a ligação se rompe, o núcleo se divide em dois, libera radiação e calor. Cada átomo solta também 2 ou 3 nêutrons – que vão
dividir outros átomos, criando uma reação em cadeia.
3. Bafo quente
Uma corrente de água sob pressão atravessa o reator captando o calor liberado durante a fissão nuclear. Esse calor vai para outra
câmara, o vaso de pressão. A água ali dentro superaquece e vira vapor à alta pressão, que vai girar as turbinas da usina.
4. Uma usina comum
Depois da reação nuclear, a usina é igual a qualquer termoelétrica. A turbina é o contrário de um motor elétrico. Em vez de a energia
elétrica virar movimento, como num liquidificador, o movimento vira energia elétrica.
5. Barreira total
A contenção, uma parede de aço e concreto, protege o mundo do reator e o reator de quedas de aviões, raios ou ataques aéreos. Se
houver vazamentos, eles dificilmente saem da contenção.
6. Fumaça verde
Depois de passar pela turbina, a água do vaso de pressão é resfriada com água fria. É por isso que as usinas nucleares geralmente são
na beira de um rio ou na praia, como em Angra dos Reis. Parte dessa água do mar vira vapor, que sai pela chaminé da torre de resfriamento.
7. À prova de sono
Para controlar a reação em cadeia, barras de boro e cádmio, que atraem nêutrons, descem em direção às pastilhas do reator. Sem
nêutrons, não tem mais como os átomos de urânio se dividir: a reação para.
Atenção
• Em vez de água, Chernobyl usava grafite, que queima quando está quente demais.
• Em 1979, um vazamento no reator de Three Mile Island (EUA) não saiu da contenção. Fora dela, não aconteceu nada.
• Se algo der errado, o reator nuclear para mesmo se o inspetor estiver dormindo.
DUELO DAS FONTES
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Os pontos fortes e fracos de cada tipo de energia. E o que cada um precisa para alimentar uma família durante um mês.
Nuclear – 10 gramas de urânio
Ponto forte – Não emite gases que causam o efeito estufa, por isso não contribui para o aquecimento global.
Ponto fraco – Requer uma solução de milhares de anos para o armazenamento do lixo nuclear e pode facilitar a produção de bombas.
Termoelétrica – 1.200 quilos de carvão
Ponto forte – O combustível é relativamente barato e ainda abundante em países como EUA, Rússia e China.
Ponto fraco – Altamente poluente. Libera não apenas grande quantidade de dióxido de carbono como também mercúrio e dióxido sulfúrico.
Biomassa – 75 toneladas de bagaço de cana
Ponto forte – É uma energia renovável, que pode ser consumida e replantada, liberando menos carbono que o petróleo.
Ponto fraco – Não é eficiente para a produção de energia elétrica: exige muita cana-de-açúcar para poucos watts de potência.
Hidrelétrica – 5 piscinas olímpicas*
Ponto forte – Energia barata e limpa: a manutenção custa pouco e a represa emite pouco carbono na atmosfera.
Ponto fraco – Fonte limitada pela natureza: seu potencial tende a diminuir com o tempo – e pode ser afetado pelo aquecimento global.
Eólica – um dia de uma grande turbina
Ponto forte – Não polui e causa pouco impacto ambiental (não exige grandes espaços alagados ou com plantações).
Ponto fraco – Como o vento não pode ser represado, é uma energia imprevisível, vulnerável a oscilações climáticas.
Solar – dois anos de sol**
Ponto forte – A luz é gratuita e não emite gases do efeito estufa.
Ponto fraco – Necessita de grandes extensões para a produção de pouca energia, e só faz sentido em locais com forte incidência de luz solar.
* Referente à energia gerada pela queda d’água em uma turbina da usina de Itaipu.
** Considerando 10 módulos de 1m2 instalados no interior de SP.
1. O programa nuclear do Irã tem chamado a atenção internacional em função das possíveis aplicações militares
decorrentes do enriquecimento de urânio. Na natureza, o urânio ocorre em duas formas isotópicas, o U-235 e o
U-238, cujas abundâncias são, respectivamente, 0,7% e 99,3%. O U-238 é radioativo, com tempo de meia-vida de
4,5 x 109 anos, independentemente do tipo de aplicação desejada. Sobre o uso do urânio, considere a equação
abaixo e analise as afirmativas a seguir.
235
92
I. II. III. IV. V. 2. y
1
U + 01 n → 140
56 Ba + x Kr + 3 0 n
O U-238 possui três prótons a mais que o U-235.
Os três nêutrons liberados podem iniciar um processo de reação em cadeia.
O criptônio formado tem número atômico igual a 36 e número de massa igual a 96.
A equação acima representa a fissão nuclear do urânio.
Devido ao tempo de meia-vida extremamente longo, o U-238 não pode, de forma alguma, ser descartado no meio ambiente.
Estão corretas apenas:
a) I, II e V
b)
II, III, IV e V
c)
I, III e IV
d)
II, IV e V e)
III, IV e V
A energia atômica é uma das alternativas ao uso do petróleo. O Brasil, além de possuir importantes reservas
de uraninita (UO2), domina a tecnologia do enriquecimento do urânio, necessária para aumentar o teor em
urânio-235, o que permite seu uso em reatores.
1
142
92
Dadas as massas atômicas, em unidades de massa atômica: 235
92 U = 235, 04; 0 n = 1, 01; 56 Ba = 141,92 e 36 Kr = 91,92,
a constante de Avogadro, N = 6 × 1023 mol–1 e considerando que a equação para uma das reações de fissão
é:
possíveis para um átomo de 235
92 U
235
92
92
1
11
U + 01 n ® 142
J,
56 Ba + 36 Kr + 2 0 n + 3 x 10
é correto afirmar que:
a) a soma das massas dos reagentes é exatamente igual à soma das massas dos produtos.
b) a diferença de massa entre reagentes e produtos corresponde à energia consumida para que a reação de fissão nuclear ocorra.
c) 235,04g de 235U podem produzir uma energia igual a 1,8 × 1010 kJ.
d) 235,04g de 235U podem produzir uma energia igual a 3 × 10–11 J.
e) a energia liberada pela reação corresponde à da ligação química que se forma entre os átomos de 142Ba e 92Kr.
3. Alguns anos após o término da Segunda Guerra Mundial, nos Estados Unidos, começaram a ser construídas as
primeiras usinas nucleares para a produção de energia elétrica. Atualmente, existem cerca de 560 dessas usinas
no mundo, sendo 128 naquele país.
Numa usina nuclear de produção de energia elétrica, um reator nuclear permite a fissão nuclear controlada do
235
U ou 239Pu (combustíveis do reator), e a energia liberada nessa fissão é utilizada para ferver a água cujo vapor,
passando por uma turbina, gerará eletricidade.
Nas usinas termoelétricas, a energia necessária à transformação da água líquida em vapor de água é fornecida
pela queima de combustíveis fósseis (carvão e derivados do petróleo).
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As usinas nucleares utilizam enormes quantidades de água no resfriamento do reator nuclear. A água necessária
ao resfriamento provém diretamente dos mares e rios, para onde volta depois de circular no interior do reator
nuclear, porém aquecida.
Com isso, há uma elevação da temperatura da água dos mares e rios, provocando a mortandade dos peixes e de
outros seres aquáticos. Essa é a chamada poluição térmica.
Com base nesses dados, analise as afirmações seguintes:
I. A mortandade de peixes e outros seres aquáticos citada no texto é devido à diminuição da quantidade de oxigênio (O2) dissolvido
na água, provocada pela elevação da temperatura.
II. A substituição dos combustíveis fósseis por combustíveis nucleares (235U ou 239Pu) minimiza o problema ambiental causado pelas
chuvas ácidas.
III. No reator nuclear, os núcleos dos átomos de 235U e de 239Pu são fragmentados, dando núcleos menores.
Está(ão) correta(s) a(s) afirmação(ões):
a) I, II e III.
4.
b) I e II, somente.
c) II e III, somente.
d) I e III, somente.
e) I, somente.
(Enem-MEC) Na música Bye, bye, Brasil, de Chico Buarque de Holanda e Roberto Menescal, os versos
“puseram uma usina no mar
talvez fique ruim pescar”
poderiam estar se referindo à usina nuclear de Angra dos Reis, no litoral do Estado do Rio de Janeiro.
No caso de tratar-se dessa usina, em funcionamento normal, dificuldades para a pesca nas proximidades poderiam
ser causadas:
a)
b)
c)
d)
e)
5.
pelo aquecimento das águas, utilizadas para refrigeração da usina, que alteraria a fauna marinha.
pela oxidação de equipamentos pesados e por denotações que espantariam os peixes.
pelos rejeitos radioativos lançados continuamente no mar, que provocariam a morte dos peixes.
pela contaminação por metais pesados dos processos de enriquecimento do urânio.
pelo vazamento de lixo atômico colocado em tonéis e lançado ao mar nas vizinhanças da usina.
(Enem-MEC) O debate em torno do uso da energia nuclear para a produção de eletricidade permanece atual.
Em um encontro internacional para a discussão desse tema, foram colocados os seguintes argumentos:
I.
Uma grande vantagem das usinas nucleares é o fato de não contribuírem para o aumento do efeito estufa, uma vez que o urânio,
utilizado como “combustível”, não é queimado mas sofre fissão.
II. Ainda que sejam raros os acidentes com usinas nucleares, seus efeitos podem ser tão graves que essa alternativa de geração de
eletricidade não nos permite ficar tranquilos.
A respeito desses argumentos, pode-se afirmar que:
a)
b)
c)
d)
e)
o primeiro é válido e o segundo não é, já que nunca ocorreram acidentes com usinas nucleares.
o segundo é válido e o segundo não é, pois de fato há queima de combustível na geração nuclear de eletricidade.
o segundo é válido e o primeiro é irrelevante, pois nenhuma forma de gerar eletricidade produz gases do efeito estufa.
ambos são válidos para se compararem vantagens e riscos na opção por essa forma de geração de energia.
ambos são irrelevantes, pois a opção pela energia nuclear está se tornando uma necessidade inquestionável.
GABARITO (V.13)
1
C
2
C
3
B
4
B
5
C
Professor-Colaborador: Marcos Haroldo
4
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OSG: 33302/10 - A.J- REV.:Diego