QUÍMICA RADIOATIVIDADE-FUNÇÕES-REAÇÕES

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1 QUÍMICA Prof. Daniel Pires RADIOATIVIDADE-FUNÇÕES-REAÇÕES 1. 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 Pb decai pela emissão sucessiva de partículas alfa e beta, transformando-se no isótopo estável Pb. Calcule o número de átomos de chumbo presentes em 100 g da liga metálica citada. Em seguida, determine o número de partículas alfa e beta emitidas pelo isótopo radioativo Pb em seu decaimento. Número de átomos = 1,2 10 átomos. Partículas alfa = 1. Partículas beta = 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. a) Relação entre as massas = 15. b) Co ; 3d. 3. O iodo 131 ( ƒi) ainda é muito utilizado como traçador radioativo para exames da glândula tireóide. Entretanto, nos últimos anos vem sendo substituído pelo iodo 123 ( ƒi), tão eficiente quanto o iodo 131 para essa finalidade, e que passou a ser produzido no Brasil pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN. A substituição pelo ƒi traz vantagens para os pacientes e para o meio ambiente, pois a radiação produzida é de menor energia, não há emissão de partículas e a meia-vida é menor. Sabe-se que a partícula corresponde a um elétron ( e), que a radiação é um 1

2 tipo de radiação eletromagnética - como o é a luz - e que os processos ocorrem de acordo com as informações apresentadas nos esquemas a seguir. ƒi ë ÒÖXe + + com E = 0,61 MeV, E = 364 kev e t1/2 = 8 dias. ƒi ë ƒi + com E = 159 kev e t1/2 = 1/2 dia. a) Determine o número de prótons e de nêutrons existentes em cada átomo de iodo 131 e em cada átomo de xenônio produzido. b) Sabendo que as técnicas empregadas nesse tipo de exame se baseiam na medida da quantidade de radiação emitida em um determinado intervalo de tempo, explique por que são necessárias menores quantidades de átomos do isótopo radioativo quando se utiliza ƒi em substituição ao ƒi. a) P = 53 e N = 78 P = 54 e N = 77 b) I - 131: Para 8 dias, E(total) = 610 KeV KeV = 974 KeV I - 123: Para 8 dias, E(total) = 2544 KeV Para os mesmos intervalos de tempo e para a mesma quantidade de energia liberada é necessário um número menor de átomos de iodo O cobre 64 ( Cu ) é usado na forma de acetato de cobre para investigar tumores no cérebro. Sabendo-se que a meia vida deste radioisótopo é de 12,8 horas, pergunta-se: a) Qual a massa de cobre 64 restante, em miligramas, após 2 dias e 16 horas, se sua massa inicial era de 32 mg? b) Quando um átomo de cobre 64 sofrer decaimento, emitindo duas partículas, qual o número de prótons e nêutrons no átomo formado? a) 1 mg b) P = 25 (prótons) N = 31 (nêutrons) 2

3 5. Em agosto de 2001, cientistas japoneses, russos e franceses produziram, pela primeira vez, o isótopo de número de massa 5 do hidrogênio. Há 40 anos os cientistas acreditam que este isótopo pesado do hidrogênio possa existir dentro de estrelas. O experimento realizado consistiu na colisão de um núcleo de um isótopo de hélio com um núcleo do isótopo 1 do hidrogênio, com a produção de um núcleo do isótopo 5 do hidrogênio e de prótons. Escreva a equação balanceada da reação nuclear que representa este processo e determine o número de massa do isótopo do hélio utilizado no experimento. He Þ + H ë H + x p = 1 + x ë x = 2 A + 1 = 5 + x ë A = 6 6. Dois elementos recém-descobertos, X e Y, não aparecem ainda nas tabelas periódicas dos livros de química. O experimento que levou a essa descoberta consistiu na aceleração de átomos de kriptônio-86 contra uma chapa metálica de chumbo-208. Nesse processo, formou-se o nuclídeo X e houve emissão de um nêutron. O nuclídeo X sofreu decaimento natural por emissão alfa, produzindo o nuclídeo Y, que possui em seu núcleo 116 prótons. Determine o nome da família a que pertence o nuclídeo X e o número de massa do nuclídeo Y. Gases nobres. A = O isótopo radioativo ˆ Rn, formado a partir de U 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 ˆ Rn atinge facilmente os pulmões das pessoas, onde se converte em ˆ Po, 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 U em ˆ Rn. 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 N³ de átomos de ˆ Rn, retido nos pulmões de uma pessoa, seja reduzido a N³/16 pela conversão em ˆ Po. a) 4 partículas. 2 partículas b) 15,2 dias. 3

4 8. Rutherford determinou o valor da constante de Avogadro, estudando a série radioativa abaixo onde está indicado o modo de decaimento de cada nuclídeo 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: - 1,0g de rádio, Ra, produz 3,0 x10 partículas por dia, na etapa I da desintegração. - 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. - As partículas transformam-se em átomos de hélio. - 1,0g de rádio, Ra, considerando-se todas as etapas da desintegração, produz, em 80 dias, 0,040 ml de gás hélio, medido a 25 C e 1 atm. Dado: volume molar dos gases a 25 C e 1atm = 25L/mol a) Etapa II: ˆ Po ë ˆ Po + Etapa III: ˆ Pb ë ˆƒBi + b) 6,0 10 átomos de Hélio 9. O vidro pode ser usado como evidência científica em investigações criminais; isso é feito, usualmente, comparando-se a composição de diferentes amostras de vidro. Alguns métodos de análise empregam uma reação do vidro com ácido fluorídrico. A reação entre o ácido fluorídrico e o dióxido de silício presente nos vidros produz fluoreto de silício e água. Escreva a equação química balanceada dessa reação. 4HF + SiO ë SiF + 2H O 10. A química possui uma linguagem própria e seus códigos. A narrativa de uma reação química, por exemplo, pode ser substituída por sua "equação química". Considere a reação do ácido fosfórico com hidróxido de sódio, ambos em meio aquoso, representada a seguir de maneira incompleta no que se refere ao balanço de massa: HƒPO (aq) + NaOH(aq) ë NaƒPO (aq) + H O(Ø) A esse respeito, escreva: a) o nome do elemento químico que está presente em todos os compostos representados na equação química; 4

5 b) o nome da ligação química que ocorre entre os átomos de hidrogênio e de oxigênio no ácido fosfórico; c) o balanço de massa (equilíbrio da equação) com os menores números inteiros; d) o número de oxidação do sódio no fosfato de sódio. a) Oxigênio. b) Ligação covalente. c) 1HƒPO (aq) + 3NaOH(aq) ë 1NaƒPO (aq) + 3H O(Ø). d) Número de oxidação do Na = Leia a frase seguinte e transforme-a em uma equação química (balanceada), utilizando símbolos e fórmulas: "uma molécula de nitrogênio gasoso, contendo dois átomos de nitrogênio por molécula, reage com três moléculas de hidrogênio diatômico, gasoso, produzindo duas moléculas de amônia gasosa, a qual é formada por três átomos de hidrogênio e um de nitrogênio". 1N (g) + 3N (g) ë 2NHƒ(g) 12. Considere as reações de cálcio metálico com água de SOƒ com água. a) Escreva as equações químicas balanceadas, indicando os nomes e as fórmulas dos produtos dessas reações. b) Escreva a equação balanceada da reação que ocorre, e o nome do composto formado, se as soluções dos produtos resultantes destas reações forem misturadas. Suponha que cada uma das soluções tenha concentração igual a 1mol/L. a) Ca + H O ë Ca(OH) + H Ca(OH) - hidróxido de cálcio H - gás carbônico SOƒ + H O ë H SO H SO - ácido sulfúrico b) Ca(OH) + H SO ë CaSO + 2 H O CaSO - sulfato de cálcio 13. Classifique as reações a seguir em: Composição Decomposição Simples troca Dupla troca a) Ca COƒ ë CaO + CO b) 2Na + CuSO ë Cu + Na SO c) AØ (SO )ƒ + 3NaCØ ë AØC؃ + 3NaSO d) 3H + 2AØ(NOƒ)ƒ ë + 6HNOƒ + 2AØ a) decomposição b) simples troca c) dupla troca d) simples troca 5

6 14. A reação entre o carbonato de sódio e o ácido clorídrico é facilmente observável a olho nu devido ao desprendimento de um gás. Este gás é resultado da decomposição de um dos produtos da referida reação. Analise as equações químicas representativas das reações citadas, classifique-as e dê o nome do gás desprendido na reação. I. Na COƒ + 2HCØ ë 2NaCØ + H COƒ II. H COƒ ë H O + CO I) Permutação ou dupla-troca II) Análise ou decomposição Nome do gás: Gás carbônico 15. Um caminhão-tanque derramou 4,9 toneladas de ácido sulfúrico numa estrada. Para que esse ácido não atinja uma lagoa próxima ao local do acidente e para amenizar os danos ecológicos, jogou-se barrilha (50%) sobre o ácido sulfúrico derramado (barrilha=na COƒ). a) Classifique a reação que ocorre entre o ácido sulfúrico e a barrilha, mostrando a equação química. b) Qual a massa de barrilha (50%) necessária para neutralizar todo o ácido derramado? Massas molares (g/mol): H SO =98; Na COƒ=106. a) H SO + Na COƒ ë H COƒ + Na SO (dupla troca) b) 10,6 toneladas 16. O bicarbonato de sódio é um antiácido usado comumente para combater a acidez estomacal. Ele se decompõe termicamente formando gás carbônico além de dois outros produtos. a) Identifique os produtos equacionando a equação. b) Escreva a expressão matemática para a constante de equilíbrio. c) Analise o tipo de reação ocorrida. a) 2NaHCOƒ(s)ëNa COƒ(s) + CO (g) + H O(g) b) Kc = [CO ]. [H O] c) Reação de decomposição ou análise, porque a partir de uma substância reagente, obtemos dois ou mais produtos. 6

7 17. Três frascos sem rótulo contêm, separadamente, soluções aquosas de carbonato de potássio, cloreto de potássio e sulfato de potássio. a) Indique como se pode distinguir o conteúdo de cada frasco através de reações com soluções diluídas de ácido nítrico e cloreto de bário. b) Justifique escrevendo as equações químicas balanceadas das reações envolvidas. a) Adiciona-se ácido nítrico. Onde houver efervescência é carbonato de potássio. Adiciona-se cloreto de bário nas outras duas onde houver precipitação é sulfato de potássio. b) K COƒ + 2HNOƒ ë 2KNOƒ + H O + CO K SO + BaCØ ë 2KCØ + BaSO (precipitado) 18. O tripolifosfato de sódio, Na PƒO³, é um aditivo de detergentes, obtidos por aquecimento de uma mistura de hidrogenofosfato de sódio e di-hidrogenofosfato de sódio. Escreva a equação química balanceada da reação de formação do tripolifosfato de sódio, sabendo-se que no processo também há formação de água. 2Na HPO + NaH PO ì Na PƒO³ + 2H O 19. O monóxido de carbono é um dos poluentes gasosos gerados pelo funcionamento de motores a gasolina. Segundo relatório recente da Cetesb sobre a qualidade do ar no Estado de São Paulo, nos últimos vinte anos houve uma redução no nível de emissão deste gás de 33,0 g para 0,34 g por quilômetro rodado. Um dos principais fatores que contribuiu para a diminuição da poluição por monóxido de carbono foi a obrigatoriedade de produção de carros equipados com conversores catalíticos. Responda por que o monóxido de carbono deve ser eliminado e explique quimicamente como atua o conversor catalítico nesse processo. O monóxido de carbono (CO) surge da combustão incompleta de combustíveis fósseis. Ele deve ser eliminado pois é um gás tóxico. O monóxido de carbono se liga a hemoglobina formando a carbóxihemoglobina provocando uma queda na oxigenação do corpo, o que é altamente prejudicial ao metabolismo humano. O conversor catalítico, também conhecido erroneamente, como catalisador é um equipamento que transforma o monóxido de carbono (CO) em dióxido de carbono (CO ): CO + 1/2O ë CO. 7

8 20. Sabendo-se que uma solução aquosa de ácido fosforoso (HƒPOƒ) é boa condutora de eletricidade, e que o ácido fosforoso é classificado como um diácido, pede-se: a) As etapas do processo de ionização do ácido, indicando as equações de suas etapas e a equação global. b) A fórmula estrutural do ácido fosforoso. Indique, por meio de círculos, quais são os hidrogênios ionizáveis neste ácido. a) HƒPOƒ + HOH ë HƒO + H POƒ (etapa 1) H POƒ + HOH ë HƒO + HPOƒ (etapa 2) HƒPOƒ + 2HOH ë 2HƒO + HPOƒ (global) b) Vide figura split ---> 21. Os principais constituintes químicos da água do mar são Ca, Mg, Na, K, HCOƒ, SO, CØ e Br. (Dados: Ca = 40; Mg = 24; Na = 23; K = 39; H = 1; C = 12; O = 16; S = 32; Cl = 35,5; Br = 80). a) Apresente, em ordem crescente de raio iônico, os íons monoatômicos isoeletrônicos do argônio. Justifique a ordenação apresentada. b) Indique o nome e a fórmula do sal de maior massa molar que pode ser obtido a partir das combinações dos íons fornecidos na tabela. Utilize, em seus cálculos, as fórmulas mínimas dos sais. a) Ca, K e Cl. Estes ions são isoeletrônicos, conseqüentemente, quanto maior a carga nuclear, maior a atração em cima dos elétrons e menor o raio iônico. b) Brometo de cálcio: CaBr. 22. Dadas as substâncias (PbCØ, Na SO, Zn, H SO, C, O e Na S), combine-as duas a duas de tal modo que se obtenha um produto com: a) formação de um precipitado. b) formação de um óxido gasoso. c) formação de um hidrácido. d) variação do número de oxidação. 8