QUÍMICA PRÉ-VESTIBULAR LIVRO DO PROFESSOR Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br © 2006-2008 – IESDE Brasil S.A. É proibida a reprodução, mesmo parcial, por qualquer processo, sem autorização por escrito dos autores e do detentor dos direitos autorais. I229 IESDE Brasil S.A. / Pré-vestibular / IESDE Brasil S.A. — Curitiba : IESDE Brasil S.A., 2008. [Livro do Professor] 832 p. ISBN: 978-85-387-0577-2 1. Pré-vestibular. 2. Educação. 3. Estudo e Ensino. I. Título. CDD 370.71 Disciplinas Autores Língua Portuguesa Literatura Matemática Física Química Biologia História Geografia Francis Madeira da S. Sales Márcio F. Santiago Calixto Rita de Fátima Bezerra Fábio D’Ávila Danton Pedro dos Santos Feres Fares Haroldo Costa Silva Filho Jayme Andrade Neto Renato Caldas Madeira Rodrigo Piracicaba Costa Cleber Ribeiro Marco Antonio Noronha Vitor M. Saquette Edson Costa P. da Cruz Fernanda Barbosa Fernando Pimentel Hélio Apostolo Rogério Fernandes Jefferson dos Santos da Silva Marcelo Piccinini Rafael F. de Menezes Rogério de Sousa Gonçalves Vanessa Silva Duarte A. R. Vieira Enilson F. Venâncio Felipe Silveira de Souza Fernando Mousquer Produção Projeto e Desenvolvimento Pedagógico Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br Radioatividade não é o número de prótons em si que determina a estabilidade ou não de um núcleo, mais sim a relação entre o número de nêutrons e de prótons. (r) Logo: Veremos agora o mundo microscópico das reações nucleares, assim como a instabilidade nuclear que gera todo este processo que se denomina radioatividade Estabilidade X Instabilidade Hoje sabemos que no núcleo atômico existe um grande número de forças atuando sobre o mesmo, apesar disto podemos observar na relação entre o número de prótons e nêutrons do mesmo, reside a questão da estabilidade nuclear (atômica). Podemos observar que, para cada próton, existem um ou mais nêutrons no núcleo, cuja presença atenua a força de repulsão entre os prótons. EM_V_QUI_026 Conjunção de prótons: repulsão entre cargas iguais Presença de nêutrons: atenuação da repulsão entre os prótons Assim, quanto maior o número de prótons de um átomo, maior o número de nêutrons necessários para mantê-los unidos, ou seja, para dar estabilidade ao núcleo. No entanto, em função do crescimento do número atômico, chegamos a um ponto em que a força de repulsão entre eles torna-se tão intensa, que número algum de nêutrons é capaz de mantê-los unidos. Na prática, esse comportamento é observado quando o número de prótons é maior que 83. Isso significa que, do elemento com Z= 84 em diante, todos os núcleos são instáveis. Existem, porém, núcleos que são instáveis mesmo tendo Z < 84 (como veremos mais adiante). Portanto, r=n p Se r~ =1 átomo tende a estabilidade Se r≠1 átomo é instável Essa instabilidade leva o núcleo a sofrer desintegração nuclear e emissão de partículas e energia (radioatividade). Radioatividade É o fenômeno que ocorre de forma natural pelo qual núcleos de átomos de certos elementos (instáveis) emitem radiações espontaneamente de modo a adquirirem estabilidade. É descoberta em idos do século XIX por Becquerel, que fazia estudos sobre o urânio e suas características e propriedades, estudos estes que o trabalho do casal Curie veio a completar. Rutherford chegou a constatar os três principais tipos de radiação ( , e ). Principais radiações Experimento de Rutherford Nesse experimento, Rutherford observou que: • certas radiações, a que chamou de , sofrem um desvio para o lado da placa negativa, o que revela possuírem carga positiva; • outras radiações, a que chamou de , sofrem um desvio para o lado da placa positiva e, portanto, possuem carga negativa; • um terceiro tipo de radiação, denominada , não sofre qualquer desvio rumo às placas, o que evidencia sua ausência de carga elétrica; Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 1 • além disso, as radiações a sofrem um desvio menor que as . Esse último fato levou Rutherford a realizar outros experimentos, que permitiram elucidar como se constituem as radiações. IESDE Brasil S.A. ZnS + – placa negativa placa positiva Massa (u) Velocidade Poder de penetração 4 1 da 10 velocidade da luz baixo beta 0 9 da 10 velocidade da luz médio (moderado) gama 0 velocidade da luz elevado Radiação alfa Em resumo: poder de penetração: > > bloco de chumbo Radiação Símbolo Constituição Carga alfa 4 +2 núcleo de He {2n +2 beta 0 -1 elétron -1 0 0 onda eletromagnética de alta energia gama 2p 0 Contador Geiger O contador Geiger (também conhecido como contador Geiger-Müller) é um aparelho que permite identificar substâncias radioativas, além de medir a intensidade de sua radioatividade. Este esquema de sua constituição permite entendermos seu funcionamento: – material radioativo fonte de voltagem + e– e– e– cátodo – ânodo + e– gás argônio (ou ar) amplificador e contador e– radiação Leis da radioatividade 1.a Lei ⇒ Lei de – emissores (Lei de Soddy) Quando um átomo emite uma partícula alfa, seu número atômico diminui de 2 unidades e seu número de massa diminui de 4 unidades. Xa z 2 2 4 + z-2Y a-4 Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_026 O estudo das características dessas partículas e radiações foi feito por Rutherford, que percebeu que elas apresentavam diferentes penetrações. As partículas alfa ( ) não conseguem sequer atravessar uma folha de papel; logo, elas apresentam o menor poder de penetração. Já as partículas beta ( ) atravessam o papel, mas não conseguem atravessar uma lâmina de alumínio de 1mm; logo, seu poder de penetração é maior do que o de alfa ( ). No entanto, as radiações gama ( ) atravessam o papel e a lâmina de alumínio, mas são bloqueadas por lâminas de chumbo com mais de 8mm de espessura. Com isso, podemos concluir que o poder de penetração da radiação gama ( ) é o maior. Estudos posteriores permitiram caracterizar os três tipos de radiação: IESDE Brasil S.A. Substância radioativa: fonte de radiação , e Explicação: uma partícula alfa é constituída de 2 prótons e 2 nêutrons e a emissão de uma delas originará um novo elemento que apresenta 2 prótons e 2 nêutrons a menos. Logo, o novo elemento irá apresentar: Número atômico novo = Z – 2; Número de massa novo = A – 4 A reação nuclear que representa essa transformação é dada por: 14 6 0 –1 C 2.a Lei Note que: 239=4+235 94=2+92 { 14 + 7N Lei de – emissores (Lei de Soddy-Fajons-Russel) Quando um átomo emite uma partícula beta, seu número atômico aumenta de uma unidade e seu número de massas permanece constante. 0 xa + z+1y a z -1 Explicação: quando ocorre a emissão de uma partícula beta ( ), um nêutron presente no núcleo se decompõe e dá origem a um próton, a um elétron e a uma subpartícula atômica denominada antineutrino. O próton permanece no núcleo; o elétron e o antineutrino (com carga zero e massa, aproximadamente, zero) são emitidos. Veja o esquema: 1 0 n 1 +1 próton p + 0 -1 e + 00 p Hipótese de Fermi nêuton elétron antineutrinos (beta) (desintegração do nêutron) C 0 –1 14 + 7N •• Nuclídeo é uma palavra usada para designar um núcleo identificado por seu número de prótons (Z) e seu número de massa (A). •• Radionuclídeo (ou radioisótopo) é qualquer nuclídeo que emite radiação. O nuclídeo, por exemplo, emite radiação e, portanto, é um radionuclídeo. d) Captura eletrônica (ou K) No fenômeno chamado captura K, um elétron da camada K é absorvido pelo núcleo do átomo, neutralizando a carga de um próton. 73 0 73 (Z passou de 33 para 32) 33 As+ −1 e → 32 Ge elétron da camada K Com isso, quando uma partícula beta é emitida, o número atômico (Z) aumenta em uma unidade, pois surge um novo próton; no entanto, o número de massa (A) não se altera, pois um nêutron desaparece, mas, em seu lugar, surge um próton e a soma n + p = A será a mesma. A reação nuclear pode ser representada por: 14 6 a) Decaimento radioativo Decaimento ou desintegração radioativa é um fenômeno no qual o núcleo do átomo se desintegra espontaneamente ao emitir partículas ou . b) Reação nuclear Vem a ser qualquer transformação pela qual o núcleo de um átomo sofre alguma modificação. c) Núcleon nuclídeo radionuclídeo •• Núcleon é um nome usado para designar tanto um próton quanto um nêutron. Note que: 14=0+14 6=(-1)+7 { 40 19 40 K + −01 e →18 Ar elétron da camada K Concluímos então que, tal como ocorre nos fenômenos regidos pela primeira lei da radioatividade, na captura K o núcleo resultante tem número atômico (Z), uma unidade menor que o núcleo de origem, enquanto o seu número de massa (A) permanece inalterado. Assim, para um átomo inicial (X) e um átomo resultante (Y), temos a seguinte equação geral: EM_V_QUI_026 A Z Como as radiações são ondas eletromagnéticas, sua emissão não altera nem o número atômico nem o número de massa do átomo. Por esse motivo, sua emissão não costuma ser representada por equações. As radiações ocorrem geralmente junto com as emissões de e . (Z passou de 19 para 18) `` X + -10 e → A Z-1 Y Exemplo: 1) Determine o valor do número atômico (Z) e do número de massa (A) do nuclídeo formado quando o radônio 222 ( 222 86 Rn) emite uma partícula a. Escreva a equação nuclear balanceada. Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 3 `` Série do actínio (Ac) Solução: Chamando o nuclídeo formado de X aplicando a primeira lei da radioatividade, teremos: A Z 222 86 Rn → 42 a + ZA X Acreditava-se que o primeiro elemento da série era o actínio: 235 90 (A = 4n + 3) Índices superiores: 222 = 4 + A ⇒ A = 218 U emissões sucessivas de e 207 82 Pb Índices inferiores: 86 = 2 + Z ⇒ Z = 84 Obtemos assim um nuclídeo 227 84 X. Consultando a tabela periódica, vemos que Z = 84 correspondente ao elemento polônio (Po). Portanto, a equação nuclear balanceada é: 222 86 Rn → 42 a + 218 84 Po 2) O nuclídeo 227 84 Ac emite uma partícula b e forma outro nuclídeo ZA X . Determine os valores de A e Z e escreva a equação nuclear balanceada. Solução: Chamando o novo nuclídeo de ZA X e aplicando a segunda lei da radioatividade, teremos: 227 89 Ac → −01β + ZA X Índices superiores: 227 = 0 + A A = 227 Índices inferiores: 89 = –1 + Z Z = 90 Consultando a tabela periódica, vemos que Z = 90 corresponde ao elemento tório (Th). Portanto, a equação nuclear balanceada é: 227 89 Ac → -10 β + 227 90 Th Séries radioativas Transmutação artificial Quando um átomo sofre um ataque ou bombardeamento por partículas, ele se transforma em um novo átomo, em geral, como emissão de outras partículas. 92 7 Série do urânio (U) (A = 4n + 2) 238 92 U emissões sucessivas de e 206 82 Pb Série do tório (Th) (A = 4n) 4 232 90 Th emissões sucessivas de e 1 N14 + 42 α → 17 8 O + +1 P 13 30 P +10 n A� 27 + 42 α → 15 15 P30 → +01 e + 14Si30 { Série (ou família) de desintegração radioativa é uma sequência ordenada de núcleos instáveis que sofrem transformações espontâneas até que se origine um núcleo estável. Núcleo-pai (ou elemento-pai) é o primeiro núcleo de uma série radiativa, e núcleosfilhos (ou elementos-filhos) são todos aqueles originados pelo núcleo-pai. U234 +10 n → 56Ba144 + 36 Kr90 + 0n1 (posítron) À medida que ocorre a emissão de partículas do núcleo de um elemento radioativo, ele está se desintegrando. A velocidade com que ocorrem essas desintegrações por unidade de tempo é denominada velocidade de desintegração radioativa. Verifica-se, experimentalmente, que a velocidade de desintegração (V), num dado momento, é diretamente proporcional ao número de núcleos radioativos (N). 206 82 Pb Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_026 `` Note que, nessas séries, um dado elemento químico passa por transformações, denominadas reações de transmutações e dá origem a outro elemento. Quando essas transformações ocorrem pela emissão de partículas, como acabamos de ver, são chamadas transmutações naturais. Quando são obtidas por bombardeamento de núcleos estáveis, com partículas alfa, com prótons, nêutrons etc., são chamadas transmutações artificiais, que estudaremos a seguir. Meia-vida ou período de semidesintegração (P) do tipo e da quantidade dos átomos e independe da pressão, temperatura e estado físico da substância. Podemos então definir a seguinte grandeza: Avaliamos como meia-vida, o tempo necessário para que a metade dos núcleos radioativos (massa, número de átomos etc.) se desintegre, ou seja, para que a dita amostra se reduza a metade. 100% 50% 25% P ⇒ P ⇒ ⇒ m0 (massa inicial) massa n.° de átomos ⇒ n0 (número de átomos inicial) 12,5% P ⇒ m0 2 m0 4 m0 8 n0 2 n0 4 n0 8 m0 n ou n = T0 T 2P 2P onde: T = tempo decorrido relação ⇒ m = Essa relação de decaimento, feita para a massa de uma amostra, é verificada não só para o número de mol do isótopo radioativo, mas também para o seu número de átomos e, consequentemente, para a sua velocidade de desintegração (atividade radioativa). O gráfico a seguir mostra o decaimento de uma amostra de 16 g de 32 P, que se reduz a 8 g em 14 dias, 15 originando o 32 S. Assim sua meia-vida é de 14 dias. 16 16 32 15 32 16 S 32 15 P 32 16 32 15 4 2 S P meia-vida meia-vida meia-vida 14 dias 14 dias 14 dias 32 16 32 15 S P Velocidade das desintegrações EM_V_QUI_026 Para encontrarmos a expressão algébrica dessa velocidade, consideremos uma certa quantidade da amostra radioativa com um número inicial de átomos igual a Ni. Após um certo intervalo de tempo Dt, a amostra terá emitido partículas a, b ou radiação g e o valor de Ni terá diminuído para Nf (número de átomos finais que ainda não emitiram tais partículas). Teremos então ao final desse intervalo de tempo: DN = Ni – Nf cujo N é o número de átomos que emitiram radiações. Como o valor de DN se refere ao intervalo de tempo Dt, podemos definir a velocidade (v) de desintegração da seguinte maneira: v = DN Dt unidade: 1Bq = 1 desintegração/s 1Ci = 3,7 . 1010 Bq. (curie) Note que, quando o número de átomos se reduz à metade, a um terço, a um quarto etc., a velocidade de desintegração diminui na mesma proporção. Podemos então formular a seguinte conclusão: A velocidade média de desintegração (v) é diretamente proporcional ao número de átomos (N) do isótopo. P 8 Velocidade média de desintegração (ou atividade média radioativa) é o número de desintegrações que ocorrem em cada unidade de tempo. Desintegração nuclear é a transformação de um átomo em outro por meio de emissões radioativas. Essa desintegração pode levar apenas frações de segundo ou até bilhões de anos. Esse tempo depende Essa proporcionalidade é expressa pela seguinte relação: V=k.N cujo k é uma constante de proporcionalidade chamada constante radioativa (ou constante de desintegração). A constante k tem um valor fixo que é próprio de cada isótopo radioativo. Seu significado pode ser assim interpretado: do total de átomos radioativos (N) da amostra, apenas uma fração se desintegra por unidade de tempo, e é a constante k que determina o quanto é essa fração. Quando dizemos, por exemplo, que a constante radioativa do tório 234 (234 Th) é igual 90 1 1 a 35 , ou 1 dia–1, significa que, em média, do 35 dia 35 número total de átomos radioativos se desintegra a cada dia. Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 5 A constante radioativa (k) indica a fração do número total (N) de átomos que se desintegra em média por unidade de tempo. Vida média (Vm) Quando temos um conjunto de átomos de um mesmo isótopo radioativo, um deles pode se desintegrar após 1s, um outro aos 6s, um terceiro aos 10s e assim por diante. Isso significa que, em média, a vida (ou duração) desses átomos é: 1s + 6s + 10s = 5,3 s 3 Esse cálculo nos permite formular a seguinte definição: A física austríaca Lise Meitner repetiu essas experiências e pôde determinar que, no processo, ocorria a liberação de uma quantidade muito grande de energia e que, simultaneamente, havia a formação de nêutrons. Esses novos nêutrons produziam a fissão de outros átomos de urânio, assim sucessivamente até o término de toda a massa de urânio, o que significava que a fissão do urânio era uma reação em cadeia. Essas descobertas foram levadas para os Estados Unidos pelo físico dinamarquês Niels Böhr. Vida média (Vm) de um isótopo radioativo é a média aritmética dos tempos de vida de todos os átomos existentes desse isótopo. A vida média do isótopo 220 Rn, por exemplo, é 86 de 80 s e a do isótopo 226 Ra é de 2 300 anos. 88 A vida média tem a seguinte relação com a constante radioativa (k): Vm= 1 k Fissão nuclear do urânio-235: reação em cadeia em que ocorre liberação de grande quantidade de energia. a) entre a meia-vida (P) e a vida média (Vm) P = 0,7 x Vm b) entre a meia-vida (P) e a constante radioativa (k) 0,7 P = k Fissão nuclear Trata-se da partição de um núcleo atômico pesado e instável provocado por um bombardeamento de nêutrons moderados, originando 2 núcleos atômicos médios, liberando 2 ou 3 nêutrons e uma quantidade muito grande de energia. `` Exemplo: 92 92 6 U 238 + 10 n → 56 Ba139 + 36 Kr 95 + 2 10 n + energia + n → 38 Sr 94 + 54 Xe139 + 3 10 n + energia U 235 1 0 Sabe-se que essa massa físsil, capaz de sustentar a reação em cadeia, é chamada massa crítica e; que quanto maior a energia liberada (energia de ligação ou empacotamento) dos núcleons de um átomo, mais estável será o seu núcleo. Bomba atômica ⇒ é uma aplicação bélica da fissão nuclear; a destruição causada por ela é devida à imensa quantidade de energia e radiações que são liberadas numa reação de fissão em cadeia. Reator nuclear ⇒ é um sistema no qual a reação de fissão nuclear em cadeia é mantida sob controle e a energia liberada na fissão é usada como fonte de calor para ferver água, cujo vapor aciona turbinas para a produção de eletricidade. Fusão nuclear Trata-se de junção de dois ou mais núcleos leves originando um único núcleo e a liberação de uma quantidade “gigantesca” de energia, implicando em uma maior estabilidade nuclear. É a base da energia gerada pelas estrelas (como o sol). Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_026 Relações `` Na medicina Exemplo: 4 H → He +2 β (posítron) 1 1 2 1 4 2 0 +1 H + 13 H → 24He+ 10 n Bomba de hidrogênio ⇒ é uma aplicação bélica da fusão nuclear que visa a causar destruição com base na gigantesca energia gerada na fusão e no grande fluxo de nêutrons liberados. Bomba de nêutrons ⇒ são bombas em reduzido poder de impacto, mas com proliferação de pelo menos 10 vezes mais nêutrons que qualquer outra bomba. Nesse caso, ela causa pequena devastação mecânica incidindo apenas sobre seres vivos (pois seus nêutrons são absorvidos pelos átomos do organismo vivo). Aplicações dos isótopos radioativos Na indústria cobalto 60 lâmina metálica rolo transportador IESDE Brasil S.A. Para determinar irregularidades na espessura de uma lâmina de metal, pode-se usar as radiações b ou g. Para isso, instalamos num lado da lâmina uma fonte de radiações g (cobalto 60, por exemplo) e no outro, um contador Geiger. Quanto maior a espessura da lâmina, menor a intensidade da radiação que chega a atravessá-la. Assim, a leitura de variações na intensidade revela irregularidades na espessura. Atualmente, mais de uma centena de isótopos radioativos são usados nas mais diversas áreas da medicina. Vejamos uma dessas aplicações: A glândula tireoide, localizada no pescoço, produz uma substância (tiroxina) que se forma a partir do íon iodeto (I–) ingerido na alimentação. Na tireoide normal, a quantidade de iodeto mantém-se aproximadamente constante; na tireoide alterada, isso não ocorre. Para determinarmos alguma anormalidade nessa glândula, o paciente recebe uma solução de NaI, contendo iodo 131, que é radioativo. Desse modo, esse isótopo pode ser localizado no corpo pelo mapeamento feito por um detector, o que permite identificar os contornos da glândula. Graças ao crescente uso de isótopos radioativos injetáveis para diagnosticar enfermidades, inaugurou-se uma nova área de trabalho e pesquisa chamada medicina nuclear. Fenômeno parecido tem ocorrido em outras áreas do conhecimento. Algumas aplicações: Elemento Radioisótopo Radiação Uso médico cromo 51Cr g Imagem do baço, volume das hemácias. tecnécio 99Tc g Estudo do cérebro, dos pulmões, do fígado, do baço e dos ossos. iodo 131 estrôncio 85Sr l b,g Estudo da tireoide e tratamento de câncer na tireoide. g Imagem de ossos para diagnóstico de fraturas ou osteoporose Na agricultura detetor de radiações EM_V_QUI_026 Isótopos são usados em análise não-destrutiva de materiais e como radiotraçadores em processos industriais. Veja alguns exemplos: •• Fe-59: medida de desgaste de molas e êmbolos de motores; A capacidade de as radiações produzirem danos aos organismos tem sido usada na preservação de alimentos, como, por exemplo, o morango. A irradiação com raios gama provenientes do Co-60 destrói fungos e bactérias, principais causadores de apodrecimento. Esses raios atuam como esterilizantes. •• P-32: medida de desgaste dos frisos de pneus; Na alimentação •• Na-24 e I-131: localização de pequenos vazamentos em tubulações de água e medida da espessura de lâminas metálicas. Para impedir o crescimento de agentes produtores da deterioração de alimentos, costuma-se fazer a pasteurização e a conservação refrigerada. Porém, Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 7 Na arqueologia (Datação com carbono 14) Meia-vida: 5 600 anos A determinação da idade (datação) de artefatos usualmente envolve o isótopo do carbono, o carbono 14, que é formado nas camadas superiores da atmosfera pelo bombardeamento de nitrogênio por nêutrons cósmicos. 14 7 N + 10 n → 14 6 C → β + 0 -1 14 7 N Conhecendo a meia-vida do C-14 (5 600 anos), podemos determinar, então, a idade dos artefatos (fóssil, pergaminho, documentos etc.) em exame, pela determinação da quantidade desse isótopo presente neles. Como a velocidade com que o C-14 se forma na atmosfera é a mesma com que ele se desintegra, a sua concentração na Terra e nos organismos permanece constante: 10 ppb (em cada bilhão de átomos existem 10 átomos de C-14). Assim, se um fóssil apresentar teor de C-14 de 2,5 ppb, essa concentração indica que ele possui 25% do teor de C-14 encontrado nos seres vivos, ou seja, desde a morte do animal, o C-14 completou duas meias-vidas: Assim, pode-se concluir que o fóssil tem 11 200 anos. 8 `` Solução: Escrevemos inicialmente a equação nuclear indicando por x e y os números de partículas a e b, respectivamente: 238 92 U → x 24a + y -10 β + 226 88 Ra Índices superiores: 238 = 4x + 0y + 226 x=3 Índices inferiores: 92 = 2 . 3 + (–1y) + 88 y = 2 Aplicando esses valores na equação acima, obtemos a equação nuclear balanceada: C + 11 H As plantas e os animais incorporam o isótopo C-14 pelo CO2 presente na atmosfera ou pela cadeia alimentar. Quando eles morrem, cessa a absorção do C-14 e, então, sua quantidade gradualmente diminui, de acordo com a equação de desintegração: 14 6 1. Calcule o número de partículas a e b que o urânio 238 226 ( 238 92 U) precisa para se transformar em rádio 226 ( 88 Ra ). Escreva a equação nuclear balanceada. 238 92 U → 3 24a + 2-10 β + 226 88 Ra Portanto, o urânio 238 precisa emitir três partículas a e duas b para originar o rádio 226. 2. O elemento netúnio, após a emissão de sete partículas alfa e quatro partículas beta, se transforma em bismuto. Equacione a reação nuclear mencionada. `` Solução: 237 93 Np → 7 +24 a + -10 β + ZA Bi 237 = 7 (4) + 4 (0) + A 237 = 28 + A A = 209 93 = 7(+2) + 4 (—1) + Z 93 = 14 – 4 + Z Z = 83 3. (Unesp) A natureza das radiações emitidas pela desintepode ser estudada por meio gração espontânea do 234 92 U do arranjo experimental mostrado na figura: A abertura do bloco de chumbo dirige o feixe de radiação para passar entre duas placas eletricamente carregadas, verificando-se a separação em três feixes, que atingem o detector nos pontos 1, 2 e 3. Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_026 muitos alimentos frescos não podem ser submetidos a esses processos, como carnes, peixes, mariscos, aves etc. Esses alimentos são submetidos a radiações para se conservarem por mais tempo. a) Qual é o tipo de radiação que atinge o detector no ponto 3? Justifique. •• 1,0g de rádio (Ra) produz 3,0 . 1015 partículas a por dia, na etapa I da desintegração; b) Representando por X o novo núcleo formado, escreva a equação balanceada da reação nuclear responsável pela radiação detectada no ponto 3. `` •• uma vez formado o radônio (Rn), este e os demais nuclídeos que o sucedem se desintegram rapidamente até dar o último nuclídeo (Pb) da série apresentada; Solução: •• as partículas a transformam-se em átomos de hélio; a) Radiação a ⇒ atraída pelo negativo. b) 92 U 234 → 42 α + 234 90Th •• 1,0g de rádio (Ra), considerando-se todas as etapas da desintegração, produz, em 80 dias, 0,040mL de gás hélio medido a 25ºC e 1atm. 4. (Unirio) O elemento radioativo natural 232 90 Th , após uma série de emissões a e b, isto é, por decaimento radioativo, converte-se em um isótopo, não-radioativo, estável, do elemento chumbo ( 20882 Pb ) . O número de partículas a e b, emitidas após este processo, é, respectivamente, de: `` a) 5 a e 2 b. Solução: a)Inicialmente, devemos equacionar a etapa II: b) 6 a e 4 b. `` (Dado: volume molar dos gases a 25ºC a 1atm = 25 L/mol.) Po → +42 α + ZA Pb c) 6 a e 6 b. 218 84 d) 5 a e 5 b. 218 = A + 4 ⇒ A = 214 e) 6 a e 5 b. 84 = Z + 2 ⇒ Z = 82 Solução: B Logo, temos: 232 90 Th → x 4 +2 α+y β + 208 82 Pb 0 −1 232 = x (4 ) + y (0 ) + 208 232 = 4 x + 208 ⇒ 24 = 4 x ⇒ x = 6 Substituindo X por 6 na equação nuclear, temos: 232 90 Th → 6 +24 α + y -10 β + 208 82 Pb 90 = 6 (+2 ) + y (-1 ) + 82 90 = 12 - y + 82 ⇒ -4 = -y ⇒ y = 4 218 84 Po → +42 α + 214 82 Pb Vamos, agora, equacionar a etapa III: 214 82 Po → 0 -1 β + ZABi 214 = A + 0 ⇒ A = 214 82 = Z – 1 ⇒ Z = 83 Logo, temos: 214 82 Po → 0 -1 β + 214 83 Bi b)A desintegração do Ra pode ser representada da seguinte maneira: Ra → 4 α + 2 β + Pb 5. (Fuvest) Rutherford determinou o valor da Constante de Avogadro, estudando a série radioativa a seguir, em que está indicado o modo de decaimento de cada nuclídeo: I Ra α → Rn α →218 Po αII → Pb IIIβ → Bi β → Po α → Pb 84 EM_V_QUI_026 a) Escreva as equações de desintegração dos nuclídeos nas etapas II e III da série dada. Indique todos os números atômicos e de massa. b) Calcule a Constante de Avogadro, sabendo que: Assim, na desintegração de 1g de Ra, teremos a formação de 4 . 3,0 . 1015 partículas a por dia. Logo, ao final de 80 dias, teremos 80 . 4 . 3,0 . 1015 partículas a, que se transformam em átomos de hélio. Então, em 80 dias: 0,040mL de gás He 80 . 4 . 3,0 . 1015 átomos de He 25 . 103mL x x = 25 . 10 mL . 80 . 4 . 3,0 . 10 0,040mL 3 átomos de He 15 átomos de He0 x = 6,0 . 1023 átomos hélio Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 9 6. A meia-vida do potássio 42, usado em estudos sobre distúrbios cerebrais, é igual a 12,36hrs. Calcule a porcentagem da massa inicial desse isótopo que existirá após 61,8 horas. 10 teor de 14C(mg/Kg) Primeira solução: 9 8 Após 61,8 horas, o número de meias-vidas será igual a 61,8 =5 12,36 m m A massa final será m = 25i = 32i Como a massa inicial era de 100%, m = 100% = 3,125% 32 `` 7 6 5 4 3 2 1 0 100% t 12 50% 25% t 12 t 12 7. `` t 12 6,25% t 12 `` 10 b) Partindo de 10mg/kg C14, temos: mi 32 mi m 1 1 = xi = x = 5 meias-vidas 32 2 32 2x Portanto, o tempo necessário será de t = 5 . 15 = 75 horas. após 5 600 anos 10 5 após 5 600 anos 2,5 Logo, a idade do fóssil é de 11 200 anos. c) Os animais incorporam C14 ao se alimentarem, e as plantas, através da respiração (fotossíntese). 9. A meia-vida do césio 137 é de 30 anos. Se tivermos 12g desse elemento, após quanto tempo essa massa será reduzida para 0,75g? `` Primeira solução (sem usar a fórmula): Primeira resolução (sem usar a fórmula): Solução: mf = 16,8 19,6 22,4 tempo (mil anos) Solução: 12 g Vi mi 28000 dpm = = = 32 875 dpm Vf mf 14 a) Note que, no tempo zero, a massa indicada na ordenada é igual a 10mg/kg e que após 5,6 . (1 000) anos, a amostra se reduz a 5mg/kg. Assim, podemos concluir que a meia-vida é igual a 5 600 anos. 3,125% Como a velocidade de desintegração (v) é proporcional à massa (m), podemos escrever: 11,2 c) Como animais e plantas incorporam C14? 12,5% O tempo de meia-vida do isótopo 2411Na é de 15 horas. Sabe-se que o número e desintegrações por minuto (dpm) de uma certa amostra desse isótopo, no início da contagem do tempo, era igual a 28 000. Qual é o tempo necessário para que a contagem caia a 875dpm para essa mesma amostra? 8,4 b) Na análise de um fóssil foi encontrado 2,5 mg/kg C14. Qual a idade do fóssil? O número de meias-vidas correspondente a 61,8 horas é 5. No esquema acima, até 12,5% temos 3 meias-vidas. Portanto, para atingir a porcentagem perdida, teremos de considerar 5 meias-vidas, ou seja, mais duas: mi mi mi 8 16 32 12,5% 5,6 A partir dessas informações, responda: a) Qual a meia-vida do C14? Segunda solução: Podemos montar o esquema abaixo, que relaciona a quantidade de isótopo radioativo com a porcentagem: mi mi mi ... mi 2 4 8 2,8 30 anos 6 g 30 anos 3 g 30 anos 1,5 g 30 anos 0,75g Portanto, t = 30 . 4 = 120 anos. `` Segunda solução (usando a fórmula): mi 12 g ⇒ 0 ,75 g = x ⇒ 2 x =16 2x 2 x 2 =2 ⇒ x=4 mf = Portanto, o número de meias-vidas transcorridas é 4. Como cada meia-vida tem 30 anos, 4 meias-vidas terão: t = 4 . 30 anos = 120 anos Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_026 `` 8. (UFGO) A partir do momento em que uma planta ou animal morrem, deixam de incorporar átomo de carbono. O teor do isótopo C14 decai com o tempo, de acordo com o gráfico ao lado. 10. A meia-vida do 227 Ac é de 20 anos. Se tivermos 16 g des89 se elemento, qual a massa que restará após 60 anos? `` Primeira solução (sem usar a fórmula): 16 g 20 anos 8 g 20 anos 4 g 20 anos 2 g Portanto, m = 2g. `` Segunda solução (usando a fórmula): Em 60 anos existem 60 = 3 meias-vidas. Assim, temos: 20 mf = 16 g 16 g = = 2g 8 23 13. (UFPR) O polônio-210 é um emissor alfa com um tempo de meia-vida de 138 dias. Supondo que se coloquem, em um recipiente fechado, 21g desse isótopo, ficando retidas, no recipiente, as partículas alfa que capturarão elétrons, transformando-se em hélio, teremos, ao fim de 276 dias, uma massa de hélio igual a (He–4): a) 0,10g. 13 11. A meia-vida do 153 I é de 8 dias. Quanto tempo será necessário para restar apenas 1 dessa substância? 32 `` c) 0,35g. Primeira solução (sem usar a fórmula): mi mi mi mi mi mi 2 4 8 16 32 8d 8d 8d 8d 8d 1 Portanto, para mi se reduzir a , são necessários 5 . 32 8 dias = 40 dias. `` b) 0,20g. Segunda solução (usando a fórmula): 1 Segundo os dados fornecidos, temos mf = mi 32 m Usando essa expressão em mf = Xi , teremos: 2 d) 0,30g. e) 0,40g. `` Solução: D A massa inicial de polônio é de 21 g, e o seu número de mol é dado por: 21g = 0 ,1 mol 210 g .mol −1 após 138 dias 0,1 mol de Po m 1 1 1 1 1 mi = Xi ⇒ = X ⇒ 5 = X ⇒ x=5 32 32 2 2 2 2 após 138 dias 0,05 mol de Po 0,025 mol de Po 276 dias O número de mol de Po que se desintegrou é igual a 0,075 mol, que originou 0,075 mol de hélio. Transcorrem portanto 5 meias-vidas. Como cada meiavida tem 8 dias, 5 meias-vidas terão 8 . 5 = 40 dias. 1 mol de He 0,075 mol de He 13 I emite radiação b– e perde 12. (Fuvest) O radioisótopo 153 75% de sua atividade em 16 dias. 4 g x x = 0,30 g de He 13 I ? a) Qual o tempo de meia-vida de o 153 `` Solução: a) 100% P início 50% perde 75% P 25% 14. (UERJ) As figuras a seguir representam reações nucleares: a figura I representa uma reação que envolve o isótopo 235 do urânio e a II, outra reação, que envolve o isótopo 2 do hidrogênio. Figura I Kr90 IESDE Brasil S.A. b) Qual o elemento formado nessa desintegração? 36 restam X após 16 dias 2P = 16 dias = valor da meia-vida b)131 I 53 b + 131 X 54 –1 0 X X U 92 235 U 92 236 EM_V_QUI_026 O elemento 131 X corresponde ao xenônio (Z = 54). 54 Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br Y 11 IESDE Brasil S.A. Figura II H2 1 `` A opção A é a única que possui coerência em sua afirmação. 16. Um contador Geiger registra que a atividade de uma amostra radioativa de 1,5 . 103 g é 1,2 . 104 Bq. Qual seria a massa dessa amostra se o contador registrasse 1,4 . 104 Bq? `` 1 Solução: A velocidade de desintegração é diretamente proporcional à quantidade de átomos da amostra. Como neste caso essa quantidade está expressa em massa, podemos fazer o seguinte raciocínio: H2 a) Identifique a partícula designada por x. b) Escreva a equação que representa a formação de y. uma massa de 1,5 . 10-3g c) Identifique as reações nucleares representadas nas figuras I e II. desintegra-se com velocidade de desintegrar-se-ia com velocidade de uma massa m 4,2 . 104 Bq 1,4 . 104 Bq Portanto, m = 0,5 . 10-3g. d) Indique em qual das reações citadas há maior desprendimento de energia por unidade de massa. `` Solução: A Solução: a) Nêutron. 17. (UFRJ) A tabela a seguir apresenta os tempos de meia-vida de diversos radioisótopos: x 0 c) I – Fissão II – Fusão. Radioisótopo d)Figura II (Fusão). IESDE Brasil S.A. 15. (UnB) Ao acessar a rede internet, procurando algum texto a respeito do tema radioatividade, no “Cadê”? (www.cade.com.br>.), um jovem deparou-se com a seguinte figura, representativa do poder de penetração de diferentes tipos de radiação: I II chapa de metal 12 d) quando um núcleo radioativo emite uma radiação do tipo I, o número atômico fica inalterado. 207Tl 5 min. 209Pb 3 horas. 211Bi 2 min. 213Bi 47 min. 223Ra 11 dias. 225Ac 10 dias. 219 Rn → X + emissões c) Consultando a tabela apresentada, determine o tempo necessário para que uma massa inicial de 400g de x seja reduzida a 100g. Com o auxílio da figura, julgue os itens a seguir: a) a radiação esquematizada em II representa o poder de penetração das partículas beta. c) as partículas alfa e beta são neutras. 4 min. b) Por decaimentos sucessivos, a partir 219 86 Rn , ocorrem as emissões de duas partículas alfa e uma partícula beta, originando um novo radiosótopo x: chapa grossa de chumbo ou concreto b) a radiação esquematizada em III representa o poder de penetração das partículas alfa. 206Tl a) O metal alcalino-terroso relacionado na tabela emite uma partícula alfa. Determine o número de nêutrons do produto dessa desintegração. III pedaço fino de papel, metal ou tecido Tempo de meia-vida `` Solução: a)n = A – Z ⇒ 133 nêutrons. b)Como se refere ao Bi 212 cuja meia-vida é 2min, logo 4min. Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_026 144 b) 92 U 235 → 201 n + 90 36 Kr + 56Y n a) partícula α. b) partícula β. c) radiação γ, somente. 1. (Unirio) O elemento radioativo natural 232 90 Th, após uma série de emissões α e β, converte-se em um isótopo, não radioativo, estável, do elemento chumbo ( 208 ). O número de partículas 82 Pb α e β, emitidas após este processo, é, respectivamente, de: a) 5 α e 2 β b) 5 α e 5 β d) nêutron. e) próton. 6. (Cesgranrio) Em relação ao esquema simplificado de desintegração nuclear: a ) 239 α (b ) 239Np ( →94 X →( c ) U 93 c) 6 α e 4 β Indique, dentre as opções abaixo, aquela onde se identificam corretamente (a), (b) e (c) nesta ordem: a) α, 238, 92 d) 6 α e 5 β e) α e 6 β 2. Indique os números atômicos e os números de massa dos elementos que completam as reações de transmutação a seguir: c) γ, 235, 93 X d) β, 235, 92 b) 239 92 U → β + Y e) γ, 238, 95 a) 238 +n 92 U O urânio-238 é emissor de partícula α. c) 239 →β+R 93 Np 7. d) S + n → 24 He + 13H Quantas partículas serão emitidas na desintegração total de 1,19g desse isótopo? 8. Complete as reações nucleares: e) 179 79 Au → α + Ir 3. (PUC) Na sequência: α β A → B → C são isótopos: a) A e C β → a) 231 90 Th → β + ... D b) A e D c) C e D b) 223 87 Fr → β + ... c) 211 82 Pb → β + ... 9. Complete as reações nucleares, lembrando que a partícula α possui semelhança com um núcleo de hélio: a) 224 88 Ra → α + .... d) B e C b) 216 84 Po → α + ... e) A e B 4. O isótopo tório-232 possui noventa prótons em seu núcleo e é emissor de partícula α. Pode-se esperar que o produto da emissão (“núcleo filho”) irá apresentar: a) Z = 92; A = 236 b) Z = 91; A = 228 c) Z = 88; A = 230 d) Z = 88; A = 228 e) Z = 86; A = 226 5. Um elemento químico é considerado não-radioativo quando seu isótopo mais abundante possui núcleo estável. Entretanto, elementos não-radioativos podem apresentar isótopos radioativos em pequenas porcentagens. EM_V_QUI_026 b) β, 243, 93 No elemento potássio, por exemplo, o isótopo potássio40 é radioativo e transforma-se em cálcio-40. Nesse processo, pode-se prever a emissão de: c) 235 → α + ... 92 U 10. O carbono-14, usado na determinação da idade de fósseis, emite partículas β. Essa desintegração produz: a) nitrogênio-14. b) nitrogênio-15. c) boro-14. d) boro-13. e) carbono-12. 11. Um grama de um elemento radioativo emite partículas β e, após 400 horas, fica reduzido a 1/16 gramas. Pedese calcular: a) a meia-vida ou período de semi-desintegração. b) a vida média. c) a constante radioativa ou de desintegração. Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 13 12. A vida média de 1,0g de um isótopo radioativo vale 18 horas. A vida média de 0,5g desse mesmo isótopo valerá: a) 9 horas. b) Represente a equação completa de desintegração quando um átomo de 137 55 Cs emite uma radiação β e identifique o novo elemento formado. c) 20 horas. d) 18 horas. e) n. d. a. 24 Na é de 15 horas. Se a 13. A meia-vida do isótopo 11 quantidade inicial deste isótopo for 4g, depois de 75 horas teremos: a) 0,800g b) 20g c) 5 4g d) 0,125g e) n. d. a. 14. Um certo isótopo radioativo tem vida média igual a 10 minutos. Pergunta-se: a) Qual sua constante radioativa? b) Qual sua meia-vida ou período de semidesintegração? c) Partindo-se de 80 gramas do isótopo, qual a massa ainda não desintegrada após 35 minutos? 15. O Brasil é produtor de flúor-18, um emissor de pósitrons com meia-vida de 1,8h, utilizado pela medicina nuclear para mapear órgãos. Com base nessas informações, responda: a) O que é um pósitron? b) Qual o isótopo produzido na desintegração do flúor-18? (Se necessário, utilize a Tabela Periódica para responder a essa questão.) c) Se um reator produzir 1,0g de flúor-18, que massa do isótopo restará após 324min? 16. O radioisótopo 131 53 I emite radiação β e perde 75% de sua atividade em 16 dias. a) Qual o tempo de meia-vida de 131 53 I ? b) Qual o elemento formado nessa desintegração? 17. Quanto tempo levará para que uma amostra radioativa de 28g e de período de semidesintegração 17 horas, fique reduzida a 1,75g? 18. (Cesgranrio) O radioisótopo 137 55 Cs é um importante emissor de radiação γ, usado para tratamento de câncer. Ao emitir radiação β, o 137 55 Cs transforma-se em um elemento estável, perdendo sua radioatividade. 19. (UFRJ) Na atmosfera terrestre, os raios cósmicos secundários bombardeiam o N-14, produzindo o radioisótopo C-14, que reage com o oxigênio do ar e se transforma em CO2. Este, por sua vez, é absorvido pelos vegetais durante a fotossíntese e, por meio da cadeia alimentar, passa para a constituição dos animais. A atmosfera e os seres vivos possuem radioatividade natural, que permanece constante devido ao equilíbrio entre a atmosfera e a biosfera. Quando um vegetal ou animal cumpre seu ciclo vital, a radioatividade dele diminui progressivamente, pois o C-14 se desintegra, regenerando o N-14. Assim, conhecendo-se a meia-vida do C-14, é possível determinar a idade de um material. Baseando-se nas informações acima: (Dado: meia-vida do C-14 = 5 600 anos) a) Escreva a equação nuclear que representa a desintegração do C-14 em N-14. b) Realize os cálculos necessários e determine a idade de uma amostra encontrada em um sítio arqueológico e que, ao ser analisada, indicou um teor de C-14 igual a 25% da amostra original. 20. Entre as alternativas abaixo, relacionadas à Radioatividade, todas estão corretas, exceto: a) o poder de ionização das partículas alfa é maior que o das partículas beta. b) quando um núcleo radioativo emite uma partícula beta, seu número de massa aumenta de uma unidade e o seu número atômico não se altera. c) a radioatividade é a propriedade que os núcleos atômicos instáveis possuem de emitirem partículas e radiações eletromagnéticas para se transformarem em outros núcleos mais estáveis. d) a velocidade de desintegração radioativa é proporcional ao número de átomos radioativos presentes na amostra. e) a constante radioativa explicita a fração de átomos de um determinado elemento radioativo que se desintegram na unidade de tempo. 21. (UERJ) O radioisótopo carbono-14 é um emissor de partículas beta, com meia-vida de aproximadamente 5 700 anos, utilizado na determinação da idade de fósseis e de outros materiais arqueológicos. É produzido a partir do nitrogênio-14 pela captura de nêutrons. (n.os atômicos: N = 7; C = 6) Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_026 b) 36 horas. 14 a) Sabendo que a meia-vida do césio é igual a trinta anos, calcule a porcentagem de sua radioatividade inicial que permanecerá depois de 90 anos. a) Escreva a reação de obtenção do carbono-14 citada. b) Determine o tempo necessário para que uma amostra de carbono-14 se reduza a 25% de seu valor inicial. 22. A partícula α apresenta as seguintes características: 26. Na reação de fissão do 235U: 1 n + 235U → 90Rb + ______ + 21 n 0 92 37 0 O produto faltante é o: a) 144 58 Ce I. É formada por dois prótons e dois nêutrons. b) 146 57 La II. É formada por um elétron. c) 144 55 Cs III. Possui carga (+2) e massa igual a 4u. d) 157 63 Eu Está(ão) correta(s) somente a(s) característica(s) indicada(s) em: a) I. e) 160 62 Sm b) II. 27. Na transformação do 89Ac228 em 84Po212, quantas partículas α e quantas β são emitidas? 28. Considere a seguinte equação de transmutação nuclear: c) III. d) I e II. 249 Cf + 18O → X + 4n1 98 8 0 e) I e III. 23. Um átomo de 226 88 Ra transforma-se, por emissão de uma partícula β, no átomo Q. Este, por igual processo, transforma-se em X que, por sua vez, emitindo uma partícula α, origina Z. Pergunta-se: a) Qual o número atômico e o número de massa do átomo Z? b) Quais átomos são isótopos? 24. (Comcitec) Assinale a proposição errada: a) A fissão nuclear consiste na transformação de núcleos maiores em núcleos menores. b) Fusão nuclear é o fundamento da bomba atômica de urânio. c) Quando um átomo de um elemento radioativo emite uma partícula alfa, o novo elemento formado tem número atômico menor. d) O rádio é o único metal radioativo natural do 2.º grupo de classificação periódica. O número atômico e o número de massa do elemento X são, respectivamente: a) 114 e 279 b) 106 e 263 c) 104 e 267 d) 90 e 231 e) 90 e 249 29. Na datação de rochas pode-se empregar a técnica do potássio-40. A conversão deste isótopo em argônio-40, por captura de elétron, tem meia-vida de 1,28 x 109 anos e é representada pela seguinte equação: 40 o 40 19 K + −1e → 18 Ar Existe uma outra forma de decaimento do potássio-40, que consiste na emissão de uma partícula beta. Escreva a equação química que representa esta emissão. 30. As sucessivas reações nucleares abaixo: e) O deutério pode ser obtido a partir da água pesada. 25. Nas estrelas, ocorre uma série de rações de fusão nuclear que produzem elementos químicos. Uma dessas séries produz o isótopo do carbono utilizado como referência das massas atômicas da tabela periódica moderna. B→C+β Levam a um elemento C com as seguintes características: a) 87C229 O isótopo que sofre fusão com o 4He para produzir o isótopo de carbono é simbolizado por: a) 7B b) 89C228 b) C e) 88C231 8 EM_V_QUI_026 A232 → B + 2α4 90 c) 7Li c) 90C230 d) 91C227 d) 8Be Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 15 A natureza de X será: a) partícula . b) partícula . 1. O elemento radioativo 8O15 desintegrando-se, terá maior probabilidade de emitir partículas β ou pósitron? 2. (Cesgranrio) Um elemento radioativo X emite, sucessivamente, uma partícula α e duas partículas β, transformando-se no elemento Y. Os elementos X e Y são: a) isótopos. b) isóbaras. c) radiação . d) nêutron. e) próton. 7. (Cesgranrio) Sabendo que o isótopo 218 84 Po emite uma partícula α, o produto da reação nuclear será: a) 214 82 Pb c) isômeros. b) 214 84 Po d) isótonos. c) 213 83 Bi e) isotônicos. d) 218 86 Rn 3. Complete as reações abaixo: e) 216 85 At 28 Al → 1 n + .... a) 13 0 235 1 b) 0 n + 92 U → .... + 3 0n1 8. (Cesgranrio) Assinale a alternativa que indica o isótopo do elemento X que completa a reação de fissão nuclear abaixo: 4. Considere as seguintes desintegrações: 235U +1 n →90 Sr + X + 31 n 92 0 38 0 28 Al → 24 Na + x I. 13 11 28 Al 27 Mg + y II. 13 → 12 a) 145 53 I 28 Al → 28 Si + t III. 13 14 b) 143 53 I 28 Al → 26 + z IV. 13 13 Al As partículas emitidas são: c) 145 51 Sb a) 1 alfa b) y t 1 próton z 1 beta 2 nêutrons 4 nêutrons 1 nêutron 1 alfa 2 beta c) 2 alfa 1 hélio 1 nêutron 2 nêutrons d) 4 prótons 2 nêutrons 1 próton 1 alfa e) 4 hélios 1 próton 1 beta 2 prótons 5. (Cesgranrio) Na sequência dada abaixo, X, Y, Z e T representam átomos de elementos radioativos. α e β representam as partículas emitidas: X B → n1 oγ o → Z → Y T o Com base nessas afirmações, pode-se afirmar que: a) X e Y são isótonos. b) X e T são isótopos. c) Y e Z são isóbaros. d) Y e T são isótopos. e) Z e T são isóbaros. 6. (Cesgranrio) Analise a reação nuclear abaixo: 16 213Bi →213 Po + X 83 84 e) 143 54 Xe 9. (Cesgranrio) Analise as afirmativas abaixo, relacionadas com transformações nucleares, e assinale a única falsa. a) A reação entre 12 H e 13H , formando 24 He e 1o n , é um processo de fissão nuclear. b) A partícula α é o núcleo de um átomo de 24 He . Logo, numa emissão α, um núcleo instável perde dois prótons e dois nêutrons simultaneamente. c) Uma radiação de alta energia, como os raios γ, pode provocar ionização ao colidir com átomos ou moléculas. d) Parte da energia de uma transformação nuclear aparece como calor. e) O tempo de meia-vida de um isótopo radioativo corresponde ao tempo necessário para que metade da sua concentração sofra decaimento. 10. Na equação nuclear: 14 N + X →17 O + 1p 7 8 X está representando: Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_026 x d) 144 54 Xe a) uma partícula . a) Determine a meia-vida do elemento X. b) um elétron. b) Sabendo-se que X é um alfa-emissor, determine o volume de gás hélio, nas CNTP, resultante da desintegração de X nos cinco primeiros minutos. c) um nêutron. d) uma partícula . e) um pósitron. 11. Na série radioativa natural, que começa no 92U238 e termina no 82Pb206, estável, são emitidas partículas alfa(α) e beta(β). As quantidades de partículas emitidas na série são: a) 6 α e 6 β. , quando se 15. Qual é a constante radioativa do Po210 84 transforma em Pb206 , sabendo-se que o período de 82 semidesintegração é de 140 dias? 16. Para o radônio transformar-se em polônio 218, a constante radioativa é de 1/130 hora−1. Pergunta-se: a) o período de semidesintegração do radônio 222? b) o tempo necessário para que 10g de radônio fiquem reduzidas a apenas 1,25g? b) 8 α e 6 β. c) 8 α e 8 β. 17. (PUC-Rio) O acidente que ocorreu em Goiânia em 1987, em que várias pessoas morreram, foi devido ao fato de ser o Cs um elemento: d) 9 α e 8 β. e) 9 α e 9 β. 12. (Unirio) “Na usina coreana de Wolsung, cerca de 50 litros de água pesada vazaram (...), e puderam ser recuperados sem maiores danos logo após o incidente.” (Jornal do Brasil, 6 out. 1999.) a) radioativo. b) alcalino. c) facilmente ionizável. d) que possui 55 prótons no núcleo. e) que tem número atômico 55. A água pesada(D2O) é constituída por deutério e oxigênio, e é um subproduto das usinas nucleares, sendo obtida através do bombardeamento do núcleo de hidrogênio. IH + X → 2 I 1H De acordo com a reação acima, X é um(a): a) elétron. b) nêutron. Qual o período de semidesintegração dessa amostra? 19. (Unirio) 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 (≈3 dias). d) partícula . Certo hospital possui 20g deste isótopo. Sua massa, em gramas, após 9 dias, será igual a: a) 1,25 e) partícula . b) 2,5 c) partícula . 223 13. Quando Th227 90 transforma-se em Pa88 com emissão de partículas alfa, o período de semidesintegração é de 19 dias. Após 76 dias de observação de uma amostra de Th227 90 qual a porcentagem da porção não desintegrada? 14. (Cesgranrio) O gráfico a seguir representa o decaimento radioativo de um elemento X. Números de mols de X c) 3,3 d) 5,0 e) 7,5 20. (Cesgranrio) Após 120 anos, restam 6,0 g de uma amostra de 137Cs. Se a meia-vida do 137Cs é de 30 anos, qual era a massa de 137Cs na amostra original? a) 12g 0,5 EM_V_QUI_026 18. Certa amostra radioativa produz 8 000 emissões por minuto. Após 60 horas constata-se que o número de emissões acusadas num contador Geiger cai para 250 por minuto. 0,4 b) 24g 0,3 c) 36g 0,2 d) 48g 0,1 e) 96g 0,0 0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 17 21. Preparam-se 8 mg do radioisótopo 218 84 Po , cuja meiavida é 3,1 minutos. Restará apenas 1mg após: a) 3,1min permitem dizer que as partículas emitidas em cada fase são: a) alfa, alfa, dêuteron, beta. b) alfa, beta, dêuteron, alfa. b) 6,2min c) beta, beta, alfa, alfa. c) 9,3min d) alfa, beta, beta, alfa. d) 12,4min e) alfa, beta, beta, gama. e) 24,8min 22. (Cesgranrio) O iodo radioativo (l-131) é utilizado em estudos de localização de tumores na tireóide. Sua meia-vida é de 8 dias. Após quantos dias a atividade de uma amostra decairá para 25%? a) 2 26. Complete as reações nucleares utilizando as partículas α, β, p, n, +10 e (pósitron): a) 13H → 23He + ... 1 12 b) 15 7 N + +1p → 6 C + ... 39K + 1n → 36Cl + ... c) 19 0 17 b) 3,12 c) 16 4 17 d) 14 7 N + +2α → 8 O + ... d) 32 10 e) 10 6 C → 5 B + ... e) 200 23. Com base no gráfico abaixo, estime o tempo necessário para que 20% do isótopo zXA se desintegrem: 27. (Cesgranrio) Identifique a alternativa que indica o isótopo do elemento X que completa a reação de fissão nuclear: 235U + 1n → 90Sr + X + 31 n 92 0 38 0 100 a) 145 53 I 60 b) 143 53 I 40 20 0 0 5 10 15 20 a) 20 anos. d) 144 54 Xe e) 143 54 Xe b) 16 anos. 28. A qual das três famílias radioativas naturais pertence o isótopo 86 Rn219 ? c) 7,5 anos. d) 2 anos. 24. Um relógio cujos ponteiros contêm trítio foi fabricado utilizando-se inicialmente 8,0mg desse radioisótopo. Sabendo-se que hoje restam 1,0mg desse isótopo e que a sua 1/2 vida é 12,5 anos, conclui-se que esse relógio foi fabricado há, a) 87,5 anos. 29. (MED-RJ) Marcar o processo que não pode ser considerado como de desintegração atômica: a) emissão de partícula alfa. b) emissão de partícula beta. c) emissão de partículas e+. d) emissão de fóton de luz ultravioleta. b) 50,5 anos. e) captura de elétrons pela camada K do átomo. c) 37,5 anos. 30. No tratamento de células cancerosas, é usado bombardeamento de partículas radioativas emitidas pelo isótopo 60 do cobalto. As reações envolvidas são: d) 30 anos. e) 25 anos. 25. As transmutações observadas quando se analisa a radioatividade do urânio, nas primeiras fases, que obedecem à sequência: 18 c) 145 51 Sb urânio-238 → tório-234 → protactínio-234 → urânio-234 → tório-230 59 60 27 Co + x →27 Co 60 Co → y +60 Ni 27 28 As partículas x e y são, respectivamente: Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_026 Massa 80 a) alfa e beta. b) nêutron e beta. c) beta e gama. d) beta e beta. e) nêutron e nêutron. 31. (UEG) Um elemento radioativo 86Rn222 se desintegra espontaneamente dando o elemento estável 82Pb206 pela emissão global de: a) 2n, 2α e 4β. b) 4n, 2α e 2β. nuclear, em duas espécies com valores de massas aproximadamente iguais à metade daquela do urânio. Esse processo pode-se propagar em cadeia para outros átomos de urânio e liberar uma enorme quantidade de energia. A fissão de um único átomo de U235 libera 8,9 . 10−18KWh. Acerca das informações e da temática do texto acima, julgue os itens seguintes. (1)O urânio é isótopo do neptúnio. (2)Na reação descrita na equação II, o U239 emite uma partícula B. (3)A fissão de 1 mol de átomos de U235 produz mais de 5 000MWh. c) 4α e 2β. d) 4α e 4β. e) nenhuma resposta acima. 32. (UFRJ) O produto da desintegração de um elemento que só emite raios “α” tem: a) a mesma massa atômica e número atômico maior. (4)A emissão de qualquer tipo de radiação transforma os átomos de um elemento químico em átomos de outro elemento químico. (5)O fenômeno da radiatividade evidenciado na equação II difere radicalmente daquele utilizado em medicina no tratamento de doenças como o câncer. b) a mesma massa atômica e número atômico menor. c) o mesmo número atômico e massa atômica maior. d) o mesmo número atômico e massa atômica menor. e) o número e massa atômicos menores. 33. (UFRJ) A transformação radiativa com emissão de raios beta, fornece um novo elemento (Lei de Russel, Fajans e Soddy) com: a) mesma massa atômica e número atômico menor. b) mesma massa atômica e número atômico maior. c) mesmo número atômico e massa atômica maior. d) mesmo número atômico e massa atômica menor. e) diferentes dos mencionados. 34. Raios X e radiações γ são ondas eletromagnéticas que possuem uma diferença fundamental com relação à sua origem. Qual é essa diferença? 35. (UnB) Em 1934, os cientistas italianos Enrico Fermi e Emilio Segré, tentando obter átomos com números atômicos superiores ao do urânio, bombardearam átomos de urânio (92U238) com nêutrons. Um dos produtos obtidos foi o neptúnio (93Np239), de acordo com as seguintes equações. I. 92U238 + on1 → 92U239 EM_V_QUI_026 II. 92U239 → 93Np239 + 1−eo 36. Em 1938, Otto Hahn e Fritz Strassman repetiram esse experimento e, surpreendentemente, no produto do processo, identificaram a presença de bário ( 56Ba), lantânio (57La) e cério (58Ce). Os átomos de urânio fragmentaram-se, em um processo denominado fissão Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 19 9. a) 88Ra224 → 2α4 + 86X220 1. C b) 84Po216 → 2α4 + 82Y212 2. a) 92U238 + 10 n→ 92U239 → o −1β + 93Y 239 c) 93Np239 → −1o β + 94R239 d) 3S + 2 − metil → 241He + 13HHCl − buteno →X 6 e) 79Au179 → 2α4 + 77Ir175 3. B 4. D 10. A 11. a) 61/2 = 100h b) Vm = 100 h ln K = In2 2 c) 100 12. D 13. D 5. B 14. 6. D 7. a) K = 1/10min b) T1/2 = en2 10 c) m = 7,15g Cada átomo emite 1 partícula α. 8. a) 90Th231 → 91X231 + -10 β b) 87Fr223 → 88Y223 + -10 β 20 c) 82Pb211 → 88Z211 + -10 β 15. a) β0 +1 Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_026 b) 92U 239 c) 92U235 → 2α4 + 90Z231 b) 18Ar c) 0,125g 16. 1. Nos elementos leves a estabilidade corresponde à relação N/P (nêutron/próton) igual à um. O elemento 8O15 tem 15 – 8 = 7 nêutrons e 8 prótons; portanto, N/P = 7/8. Havendo excesso de prótons o núcleo de 8O15 precisa “livrar-se” de cargas positivas; consequentemente, será mais provável a emissão de um pósitron (próton → nêutron + pósitron). a) 8 dias. b) 131 54 X c 17. 272h 18. 2. A a) P = 1/8 b) 137 0 55 Cs -1 b + 137 56 X 3. a) 13Al29 19. a) 6C14 b) + = 11 200 anos. 20. B 21. a) 14 0 7 N+ -1 b 1n 0 = só altera a massa gerando o isótopo do elemento original. 4. A 5. D 14 6C 6. B b) 11 400 anos. 7. 22. E 23. b) 92U233 β0 + 7N14 -1 A 8. E 226 → oβ + Q226 → oβ + X226 → α 4 + Z222 88Ra −1 89 −1 90 2 88 9. A a) 88 e 222. 10. A b) Ra e Z são isótopos. 11. B 24. B 12. B 25. D 13. 1/16 26. C 14. 27. Ac228 → a 2α4 + b −1βo + 84Po212 89 4a = 228 – 212 ⇒ a = 4 8 – b + 84 = 89 ⇒ 8 – b = 5 ⇒ b = 3 4αe3β 28. Por meio da soma dos números atômicos. 249 Cf + O18 → 263 + 4 n1 98 8 106 X 0 a) Pelo gráfico, 2,5 min. b) X → 2α4 + Y Em 5 minutos resta 0,1 mols de X 0,4 – 0,1 = 0,3 . 22,4 = 6,72 l 15. K = 140 ln2 16. a) 1h ---------- 1/130 29. 19 K 30. B 40 0 -1 b + 20 Ca 40 x ---------- 50 x = 6 500h 10 2x x=3= t 6 500 EM_V_QUI_026 b) 1,25 = Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br = 19 500h 21 17. A 18. 250 = 8 000 2x 60 = 5 . P 2x = 32 x=5 P = 12h 19. B 20. E 21. C 22. C 23. C 24. C 25. D 26. o a) 1H3 → 2He3 + −1β 4 b) 7N15 + 11p → 12 6 C + 2α c) 19K39 + 10 n → 17Cl36 + 24 α d) NaOH [O] 2-bromo heptano → X → 2-heptanona H2O 4 + 2α → 17 O + 1 8 1p 10 e) 6 C → 5B10 + +1o e 27. E 219 28. O resto 3 indica que o 86 Rn do actínio. pertence à família 29. D 30. B 31. D 32. E 33. B 34. Raios γ originam-se de reações radioativas em que raios X não. 35. 1) Ele é isóbaro. 2) Correto. 3) 1 mol libera 53,4 . 105 . 103 K/h = 53,4 . MK/h. 4) Se forem isótopos isso não ocorre. 22 EM_V_QUI_026 5) Não é o mesmo tipo de radioatividade. Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_026 Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 23 EM_V_QUI_026 24 Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br