Quí. Monitora: Thamiris Gouvêa

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1 Quí. Professor: Allan Rodrigues Monitora: Thamiris Gouvêa

2 Específicas: radioatividade 05 dez EXERCÍCIOS DE AULA 1. O berquélio (Bk) é um elemento químico artificial que sofre decaimento radioativo. No gráfico, indicase o comportamento de uma amostra do radioisótopo 249Bk ao longo do tempo. Sabe-se que a reação de transmutação nuclear entre o 249Bk e o 48Ca produz um novo radioisótopo e três nêutrons. Apresente a equação nuclear dessa reação. Determine, ainda, o tempo de meia-vida, em dias, do 249Bk e escreva a fórmula química do hidróxido de berquélio II. 2. Em 1940, McMillan e Seaborg produziram os primeiros elementos transurânicos conhecidos, através do bombardeio de um átomo de 92U 238 com uma partícula X, produzindo um isótopo desse elemento. O isótopo produzido por McMillan e Seaborg apresentou decaimento, emitindo uma partícula Y equivalente ao núcleo do hélio. a) Identifique a partícula X utilizada pelos cientistas e escreva a equação de formação do isótopo. b) Dê o nome e calcule o número de nêutrons do elemento resultante do decaimento do isótopo do Urânio. 3. Em um experimento, foi utilizada uma amostra de 200 mg contendo partes iguais dos radioisótopos bismuto-212 e bismuto-214. Suas respectivas reações nucleares de decaimento estão indicadas abaixo: Observe o gráfico, cujas curvas representam as variações das massas desses radioisótopos ao longo das duas horas de duração do experimento.

3 Determine o tempo de meia-vida do radioisótopo 214 Bi. Calcule, também, a velocidade média de formação de partículas β, em partícula h 1, no tempo total do experimento. 4. A Tomografia PET permite obter imagens do corpo humano com maiores detalhes, e menor exposição à radiação, do que as técnicas tomográficas atualmente em uso. A técnica PET utiliza compostos marcados com 6C 11. Este isótopo emite um pósitron, +1e 0, formando um novo núcleo, em um processo com tempo de meia-vida de 20,4 minutos. O pósitron emitido captura rapidamente um elétron, -1e 0, e se aniquila, emitindo energia na forma de radiação gama. a) Escreva a equação nuclear balanceada que representa a reação que leva à emissão do pósitron. O núcleo formado no processo é do elemento B(Z=5), C(Z=6), N(Z=7) ou O(Z=8)? b) Determine por quanto tempo uma amostra de 6C 11 pode ser usada, até que sua atividade radioativa se reduza a 25% de seu valor inicial. 5. A reação nuclear entre o 242 Pu e um isótopo do elemento químico com maior energia de ionização localizado no segundo período da tabela de classificação periódica produz o isótopo 260 Rf e quatro partículas subatômicas idênticas. Apresente a equação dessa reação nuclear e indique o número de elétrons do ruterfórdio (Rf) no estado fundamental. 6. A datação de lençóis freáticos pode ser realizada com base na relação entre a quantidade de hélio triogênico 3 He, decorrente do decaimento radioativo do trítio 3 H, na amostra de água. De modo simplificado, essa datação pode ser determinada pelo produto entre o tempo de meia-vida do trítio e a razão entre as quantidades de hélio triogênico e trítio, multiplicados por 0,7. O gráfico do decaimento do número de núcleos radioativos de trítio é mostrado adiante. Tendo em vista essas informações, calcule a idade de uma amostra de água retirada de um lençol freático, cuja concentração de hélio triogênico é três vezes maior que a quantidade de trítio.

4 7. A quantidade total de astato encontrada na crosta terrestre é de 28g, o que torna esse elemento químico o mais raro no mundo. Ele pode ser obtido artificialmente através do bombardeamento do bismuto por partículas alfa. Escreva a equação nuclear balanceada de obtenção do 211 At a partir do 209 Bi. Calcule, também, o número de átomos de astato na crosta terrestre. 8. Estima-se que, no Brasil, a quantidade de alimentos desperdiçados seria suficiente para alimentar 35 milhões de pessoas. Uma das maneiras de diminuir esse desperdício é melhorar a conservação dos alimentos. Um dos métodos disponíveis para tal fim é submeter os alimentos a radiações ionizantes, reduzindo, assim, a população de microorganismos responsáveis por sua degradação. Uma das tecnologias existentes emprega o isótopo de número de massa 60 do Cobalto como fonte radioativa. Esse isótopo decai pela emissão de raios gama e de uma partícula e é produzido pelo bombardeamento de átomos de Cobalto de número de massa 59 com nêutrons. (Dados: Co (Z = 27); Ni (Z = 28)). a) Escreva a reação de produção do Cobalto-60 a partir do Cobalto-59 e a reação de decaimento radioativo do Cobalto-60. b) Um aparelho utilizado na irradiação de alimentos emprega uma fonte que contém, inicialmente, 100 gramas de Cobalto-60. Admitindo que o tempo de meia-vida do Cobalto- 60 seja de cinco anos, calcule a massa desse isótopo presente após quinze anos de utilização do aparelho. 9. Considere a tabela a seguir, na qual são apresentadas algumas propriedades de dois radioisótopos, um do polônio e um do rádio. Em um experimento, duas amostras de massas diferentes, uma de polônio-208 e outra de rádio-224, foram mantidas em um recipiente por 12 anos. Ao final desse período, verificou-se que a massa de cada um desses radioisótopos era igual a 50mg. Calcule a massa total, em miligramas, de radioisótopos presente no início do experimento. Escreva também os símbolos dos elementos químicos formados no decaimento de cada um desses radioisótopos. 10. O isótopo rádio-226, utilizado em tratamentos medicinais, é um alfa-emissor com tempo de meia-vida de 3,8 dias. Para estudar a decomposição do rádio-226, realizou-se um experimento em que uma amostra sólida de 1 mol dessa substância foi introduzida em uma ampola com capacidade de 8,2 L. Nessa ampola, a pressão interna inicial era igual a 1,5 atm e a temperatura, constante em todo o experimento, igual a 27 C. Considere as informações a seguir: - o decaimento do rádio-226 produz radônio-222 e hélio-4; - os gases hélio e radônio têm comportamento ideal; - não há reação entre os gases no interior da ampola. Calcule a pressão, em atm, no interior da ampola, 7,6 dias após o início do experimento.

5 EXERCÍCIOS DE CASA 1. A sequência simplificada abaixo mostra as etapas do decaimento radioativo do isótopo urânio-238: Determine o número de partículas α e β emitidas na etapa III e identifique, por seus símbolos, os átomos isóbaros presentes na sequência. 2. Glenn T. Seaborg é um renomado cientista que foi agraciado com o Prêmio Nobel de Química em 1951, por seus trabalhos em radioquímica. Em 1974 foi sintetizado, nos Estados Unidos, o elemento de número atômico 106 que, em sua homenagem, teve como nome proposto Seaborgium ( 106Sg). a) O bombardeio do 98Cf 249 por um elemento X produz o 106Sg 263 e 4 nêutrons. Determine o número atômico e o número de massa do elemento X. b) Sabendo que um determinado isótopo do 106Sg perde 50% de sua massa inicial em 10 segundos, calcule a massa final de uma amostra de 800 gramas deste isótopo após 30 segundos. 3. Recentemente, a imprensa noticiou o caso do envenenamento por polônio-210 de um ex-agente secreto soviético. Sabe-se, em relação a esse isótopo, que: uma amostra de 200 mg decai para 25 mg; Admita que o sulfato desse íon divalente tenha sido submetido, em solução aquosa, ao processo de eletrólise com eletrodos inertes. Calcule o tempo de meia-vida do polônio-210 e escreva a equação global que representa o processo eletrolítico descrito. 4. A produção de energia nas usinas de Angra 1 e Angra 2 é baseada na fissão nuclear de átomos de urânio radioativo 238U. O urânio é obtido a partir de jazidas minerais, na região de Caetité, localizada na Bahia, onde é beneficiado até a obtenção de um concentrado bruto de U 3O 8, também chamado de "yellowcake". O concentrado bruto de urânio é processado através de uma série de etapas até chegar ao hexafluoreto de urânio, composto que será submetido ao processo final de enriquecimento no isótopo radioativo 238 U, conforme o esquema a seguir.

6 O rejeito produzido na etapa de refino contém 206 Pb oriundo do decaimento radioativo do 238 U. Calcule o número de partículas e emitidas pelo 238 U para produzir o 206 Pb. 5. O chumbo participa da composição de diversas ligas metálicas. No bronze arquitetônico, por exemplo, o teor de chumbo corresponde a 4,14% em massa da liga. Seu isótopo radioativo 210 Pb decai pela emissão sucessiva de partículas alfa e beta, transformando-se no isótopo estável 206 Pb. Calcule o número de átomos de chumbo presentes em 100g da liga metálica citada. Em seguida, determine o número de partículas alfa e beta emitidas pelo isótopo radioativo 210 Pb em seu decaimento. 6. 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. 14 N + 1 n 14 C + X ocorre nas camadas mais altas da atmosfera 1 14 C 14 N + Y ocorre nas camadas mais baixas da atmosfera e nos seres vivos A análise de um fragmento de um fóssil de 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 O isótopo radioativo 86Rn 222, formado a partir de 92U 238 por emissões sucessivas de partículas alfa e beta, é a principal fonte de contaminação radioativa ambiental nas proximidades de jazidas de urânio. Por ser gasoso, o isótopo 86Rn 222 atinge facilmente os pulmões das pessoas, onde se converte em 84Po 218, com um tempo de meia-vida de 3,8 dias. a) Calcule o número de partículas alfa e de partículas beta emitidas, considerando a formação de um átomo de radônio, no processo global de transformação do 92U 238 em 86Rn 222. Considere as variações dos números atômicos e dos números de massa que acompanham a emissão de partículas alfa e beta, para a resolução da questão. b) Calcule o tempo necessário para que o número N 0 de átomos de 86Rn 222, retido nos pulmões de uma pessoa, seja reduzido a N 0 /16 pela conversão em 84Po O homem, na tentativa de melhor compreender os mistérios da vida, sempre lançou mão de seus conhecimentos científicos e/ou religiosos. A datação por carbono quatorze é um belo exemplo da preocupação do homem em atribuir idade aos objetos e datar os acontecimentos. Em 1946 a Química forneceu as bases científicas para a datação de artefatos arqueológicos, usando o 14 C. Esse isótopo é produzido na atmosfera pela ação da radiação cósmica sobre o nitrogênio, sendo posteriormente transformado em dióxido de carbono. Os vegetais absorvem o dióxido de carbono e, através da cadeia alimentar, a proporção de 14 C nos organismos vivos mantém-se constante. Quando o organismo morre, a proporção de 14 C nele presente diminui, já que, em função do tempo, se transforma novamente em 14 N. Sabe-se que, a cada período de 5730 anos, a quantidade de 14 C reduz-se à metade. a) Qual o nome do processo natural pelo qual os vegetais incorporam o carbono? b) Poderia um artefato de madeira, cujo teor determinado de 14 C corresponde a 25% daquele presente nos organismos vivos, ser oriundo de uma árvore cortada no período do Antigo Egito (3200 a.c. a 2300 a.c.)? Justifique. c) Se o 14 C e o 14 N são elementos diferentes que possuem o mesmo número de massa, aponte uma característica que os distingue.

7 9. No tratamento de tumores cancerígenos, recomenda-se a radioterapia, que consiste em tratar a área atingida pelo câncer com a radiação emitida pelo cobalto- 60. Esse isótopo tem sua meia-vida igual a 5,25 anos e se desintegra espontaneamente, emitindo partículas beta e produzindo níquel-60 estável. Uma amostra radioativa de massa 200 g, constituída por 95% de cobalto-59 e 5% de cobalto-60, foi colocada em um aparelho radioterápico. a) Sabendo que o cobalto-59 é estável, determine a relação entre a massa de níquel-60 produzida e a massa de cobalto- 60 restante, após 21 anos. b) Comparando os raios do cobalto metálico e do íon de cobalto III, cite o que apresenta menor tamanho e o elétron diferenciador da espécie iônica cobalto III. 10. Entre o doping e o desempenho do atleta, quais são os limites? β- Olímpico Internacional (COI), já que provoca um aumento de massa muscular e diminuição de gordura. A concentração dessa substância no organismo pode ser monitorada através da análise de amostras de urina coletadas ao longo do tempo de uma investigação. β- coletadas periodicamente durante 90 horas após a ingestão da substância. Este comportamento é válido também para além das 90 horas. Na escala de quantidade, o valor 100 deve ser entendido como sendo a quantidade observada num tempo inicial considerado arbitrariamente zero. a) Depois de quanto tempo a quantidade eliminada corresponderá a 1/4 do valor inicial, ou seja, duas meias vidas de residência da substância no organismo? b) Suponha que o doping para esta substância seja considerado positivo para valores acima de 1,0 x 10-6 g/ml de urina (1 micrograma por mililitro) no momento da competição. Numa amostra β- em 150 ml de urina de um atleta. Se o teste fosse realizado em amostra coletada logo após a competição, o resultado seria positivo ou negativo? Justifique.

8 GABARITO Exercícios de aula a) 92U partícula isótopo ( 92U 238 ) 92U X 1 92U 239 Partícula 0X 1 = nêutron. Equação: 92U n 1 92U 239 b) 92U 239 2α Z Z 235 = 90Th 235 => elemento: Tório Número de nêutrons = a) 6C 11 +1e 0 + 5B 11 O núcleo formado é do elemento boro (Z = 5). b) 5.

9 6. Pelo gráfico calculamos o tempo de meia vida (t 1/2). Observe a figura: t 1/2 = 12,4 anos. [ 3 He] = 3 [ 3 H], então: ([ 3 He]/[ 3 H]) = 3 Idade da amostra = t 1/2 ([ 3 He]/[ 3 H]) 0,7 Idade da amostra = 12,4 3 0,7 Idade da amostra = 26,04 anos = 26 anos a) 27Co n 1 27Co 60 27Co 60 0γ e Ni 60 b) p = 5 anos (período de semidesintegração) 15 anos = 3p p p p 100g 50g 25g 12,5g Após 15 anos teremos 12,5g desse isótopo atm

10 Exercícios de casa Sendo x o número de partículas alfa e y o número de partículas beta, x = 8 e y = 6. 5.

11 6. 7. a)x Proton; Y Partícula Beta. b) 10 ppb t 1/2 5 ppb t 1/2 2,5 ppb t 1/2 1,25 ppb 3 t 1/2 = t 1/2 = anos a) 4 partícula alfa e 2 partículas beta b) 4x3,8 dias = 15,2 dias 8. a) 6 CO H 2O C 6H 12O O 2 b) Um artefato de madeira com teor de 14 C igual a 25% do presente nos organismos vivos deve ter sido produzido há anos, ou seja, desde sua produção transcorreram duas meias vidas do 14 C: Portanto, esse objeto foi produzido por volta do ano 9460 a.c., ou seja, numa época anterior à do Antigo Egito. c) A principal diferença entre os elementos 14 N e 14 C é o número atômico, ou seja, a quantidade de prótons nos seus núcleos. 14 N: Z = 7 e 14 C: Z = a) Em 200 g da amostra, há 10 g de Co 60. b) Co +3 3d a) 60 horas. b) Logo o resultado seria positivo (maior de 1,0 x 10-6 g/ml).