Questões: 1) (ENEM) 2) (FUVEST) 3) (FMTM)

Transcrição

1 Professor: Alfênio Questões: 1) (ENEM) Um problema ainda não resolvido da geração nuclear de eletricidade é a destinação dos rejeitos radiativos, o chamado lixo atômico. Os rejeitos mais ativos ficam por um período em piscinas de aço inoxidável nas próprias usinas antes de ser, como os demais rejeitos, acondicionados em tambores que são dispostos em áreas cercadas ou encerrados em depósitos subterrâneos secos, como antigas minas de sal. A complexidade do problema do lixo atômico, comparativamente a outros lixos com substâncias tóxicas, se deve ao fato de a) emitir radiações nocivas, por milhares de anos, em um processo que não tem como ser interrompido artificialmente. b) acumular-se em quantidades bem maiores do que o lixo industrial convencional, faltando assim locais para reunir tanto material. c) ser constituído de materiais orgânicos que podem contaminar muitas espécies vivas, incluindo os próprios seres humanos. d) exalar continuamente gases venenosos, que tornariam o ar irrespirável por milhares de anos. e) emitir radiações e gases que podem destruir a camada de ozônio e agravar o efeito estufa. 2) (FUVEST) Medidas de radioatividade de uma amostra de tecido vegetal encontrado nas proximidades do Vale dos Reis, no Egito, revelaram que o teor em carbono 14 (a relação 14 C/ 12 C) era correspondente a 25% do valor encontrado para um vegetal vivo. Sabendo que a meia-vida do carbono 14 é 5730 anos, conclui-se que o tecido fossilizado encontrado não pode ter pertencido a uma planta que viveu durante o antigo império egípcio há cerca de 6000 anos -, pois: A) a meia-vida do carbono 14 é cerca de 1000 anos menor do que os 6000 anos do império egípcio. B) para que fosse alcançada esta relação 14 C/ 12 C no tecido vegetal, seriam necessários, apenas, cerca de 3000 anos. C) a relação 14 C/ 12 C de 25%, em comparação com a de um tecido vegetal vivo, corresponde à passagem de, aproximadamente, 1500 anos. D) ele pertenceu a um vegetal que morreu há cerca de anos. E) ele é relativamente recente, tendo pertencido a uma planta que viveu há apenas 240 anos, aproximadamente. 3) (FMTM) A ciência tem comprovado que o cigarro contém substâncias cancerígenas e que pessoas fumantes apresentam probabilidade muito maior de contrair o câncer quando comparadas com as não fumantes. Além dessas substâncias, o tabaco contém naturalmente o isótopo radioativo polônio de número de massa 210, cujo núcleo decai emitindo uma partícula alfa. O quadro apresenta alguns elementos químicos com os seus respectivos números atômicos.

2 O núcleo resultante, após o decaimento do polônio 210, é um isótopo do elemento: A) astato B) bismuto C) chumbo D) polônio E) radônio 4) (UNIUBE - MG) Os valores da massa e carga de uma partícula beta negativa (β - ) indicam que esta é idêntica ao: a) átomo de hidrogênio b) átomo de hélio c) próton d) nêutron e) elétron 5) (FEI) A bomba de hidrogênio é um exemplo de reação nuclear: a) do tipo fissão; b) onde ocorre apenas emissão de raios alfa; c) onde ocorre apenas emissão de raios beta; d) do tipo fusão; e) onde ocorre apenas emissão de raios gama. 6) (MACK) Assinale a alternativa incorreta. Quando um elemento radioativo emite um raio: a) a, seu número atômico diminui de duas unidades; b) b, seu número atômico aumenta de uma unidade; c) g, ocorre emissão de onda eletromagnética; d) a, seu número atômico diminui de quatro unidades; e) b, seu número atômico aumenta de duas unidades; 7) (UnB) Os raios catódicos são: a) constituídos de prótons b) constituídos de elétrons c) constituídos de nêutrons d) constituídos de prótons, nêutrons e elétrons e) n.d.a. 8) Quando nêutrons atingem núcleos de átomos de nitrogênio com número de massa 14, há formação de átomos de carbono com o mesmo número de massa que o dos núcleos bombardeados. Qual a equação nuclear completa dessa reação? N os atômicos: C = 6, N = 7

3 9) A Mecânica Quântica explica ou permite previsões de todas, exceto de uma das seguintes características dos átomos. Identifique a exceção: a) a probabilidade de um elétron estar em uma dada região em certo instante. b) os níveis de energia que o elétron pode ocupar. c) a simetria geral dos orbitais eletrônicos. d) as frequências de luz absorvidas ou emitidas por átomos gasosos. e) o caminho ou trajetória dos elétrons. 10) (UFBA) Os raios T, produzidos nas explosões solares, vibram mais lentamente que os raios gama e têm alta intensidade. Esses fatos os colocam como fortes candidatos para a leitura de imagens médicas já que oferecem menor risco para os pacientes. Acredita-se que a radiação na faixa dos Terahertz seja produzida por partículas atômicas eletricamente carregadas, aceleradas a velocidades próximas à da luz 3,0.108 m/s. Curiosamente, essa forma de radiação surge também em experimentos feitos em aceleradores de partículas, equipamentos usados em testes de física atômica. (OS NOVOS raios de sol. In: Pesquisa FAPESP, 2004, p.45). Características e comportamento das partículas eletrizadas e suas interações nos sistemas vivos podem ser expressas nas seguintes proposições: (01) A energia luminosa é convertida em energia química nas moléculas de glicose, em processo próprio dos fotoautótrofos, dependente de propriedades da clorofila. (02) O uso da água como doador de hidrogênio na fotossíntese propiciou a expansão da vida aeróbica. (04) A noção de partículas atômicas eletricamente carregadas surge nas Ciências Naturais somente após a proposição de um modelo atômico por J. Thomson. (08) A partícula de carga q e massa m acelerada exclusivamente por um campo magnético uniforme e perpendicular à sua velocidade realiza um movimento de período igual a. (16) As partículas carregadas que se deslocam sem deflexão, em uma região do selecionador de velocidades onde existe um campo magnético uniforme e um campo elétrico uniforme ortogonais entre si, têm velocidade de módulo igual a. 11) (FUVEST) O isótopo radioativo Cu-64 sofre decaimento, conforme representado: Cu Zn + A partir de amostra de 20,0 mg de Cu-64, observa-se que, após 39 horas, formaram-se 17,5mg de Zn-64. Sendo assim, o tempo necessário para que metade da massa inicial de Cu-64 sofra decaimento é cerca de a) 6 horas. b) 13 horas. c) 19 horas. d) 26 horas. e) 52 horas. Observação: Cu

4 64 = número de massa 29 = número atômico 12) (PUC-RIO 2007) Considere a equação nuclear incompleta: Para completar a equação, é correto afirmar que o amerício-240 é um isótopo radioativo que se obtém, juntamente com um próton e dois nêutrons, a partir do bombardeio do plutônio-239 com: A) partículas alfa. B) partículas beta. C) radiações gama. D) raios X. E) deutério. 13) (UFRJ) A sequência simplificada abaixo mostra as etapas do decaimento radioativo do isótopo urânio- 238: Determine o número de partículas isóbaros presentes na sequência. e ß emitidas na etapa III e identifique, por seus símbolos, os átomos 14) (UFV/2011) Vários elementos pesados como o urânio e o rádio sofrem desintegração radioativa. Ao emitirem uma partícula alfa são convertidos, respectivamente, em: 15) Uma amostra de 10 g de água de rio mostrou conter átomos de trítio (H 3) por átomo de hidrogênio comum (H 1). O trítio se decompõe radioativamente com meia-vida de 12,26 anos. Quantos átomos de trítio restarão após 40 anos se a amostra for conservada intacta? 16) (IME) Os isótopos do urânio U-238 e U-235 aparecem na natureza sempre juntos. Como o U-235 não é gerado a partir do U-238 por desintegração e admitindo que não há razão para privilegiar um em relação ao outro, podemos supor que o Criador os tenha colocado em proporções iguais no momento da formação da Terra. Considerando válida tal hipótese, calcule a idade que nosso planeta teria. Dados: Tempo de meia vida do U-238 : 4, anos Tempo de meia vida do U-235 : 7, anos Abundância isotópica do U-238 : 99,28%

5 Abundância isotópica do U-235 : 0,72% 17) Que volume de hélio nas CNTP (em ml) será produzido em um ano a partir de um grama de Po-210? O Po-210 é um alfa emissor de meia vida de 138,40 dias. 18) (IME) O decaimento do núcleo de Na-24 que possui meia-vida de 15 horas, dá-se por emissão de partículas β, produzindo o isótopo estável Mg-24. Partindo de 200 mg de Na-24, determine o tempo necessário para que a relação entre as massas dos isótopos de Mg e Na seja de 1 para 3. Ddos: log2 = 0,3 log3 = 0,47 19) (UERJ) 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 abaixo: - 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. 20) (ITA-SP) Um dos isótopos do einstênio, 99Es 253, quando bombardeado com partículas alfa, forma um isótopo do elemento X e 2 nêutrons. Determine os números, atômico e de massa desse isótopo. Comum às questões: 21 e 22 Cobalto-60, radioisótopo utilizado na terapia do câncer, é obtido em reatores nucleares a partir do isótopo natural cobalto-59, não radioativo. Esse radioisótopo, cuja meia-vida é de, aproximadamente, 5 anos, emite radiação, acompanhada de radiação de alta energia. 21) (UNINOVE SP) Uma cápsula, recém-preparada, contendo o radioisótopo em questão terá sua atividade radioativa reduzida a cerca de 3% da atividade inicial daqui a, aproximadamente, a) 5 anos. b) 10 anos. c) 15 anos. d) 20 anos. e) 25 anos. 22) (UNINOVE SP) O isótopo natural cobalto-59 transforma-se no radioisótopo cobalto-60 por captura de X. Ao emitir radiação, esse radioisótopo transforma-se em isótopo do elemento Y. Esse texto fica correto quando X e Y são substituídos, respectivamente, por a) próton e níquel. b) próton e ferro. c) elétron e ferro. d) nêutron e níquel. e) nêutron e ferro.

6 23) No acidente nuclear de Chernobyl, a falha no sistema de refrigeração resultou no aquecimento que deu origem à explosão seguida de incêndio de grandes blocos de grafite, lançando no ar 6 a 7 toneladas de material radioativo. A alternativa usada para controlar o processo foi o aterramento do reator com toneladas de areia e concreto. Indique a alternativa correta: a) O 92U 235 decai com emissão de 7 partículas alfa e quatro partículas beta para produzir 82Pb 206. b) os efeitos sobre o meio ambiente pela liberação do isótopo Cs 137 (meia-vida 30 anos) deverão ser detectados até 30 anos após o acidente. c) a energia gerada em usinas nucleares se origina de um processo de fusão nuclear. d) a fissão do 92U 235 se dá por um processo de reação em cadeia. e) blocos de grafite funcionam como aceleradores, aumentando a velocidade dos nêutrons. Gabarito: 1) A 2) D 3) C 4) E 5) D 6) D 7) B 8) A equação que representa o fenômeno é: 7N14 + 0n1-6C14 + bya Cálculo de a: = 14 + a \ a = 1 Cálculo de b: = 6 + b \ b = 1 1y1 = 1p1 (próton) A equação completa é: 7N14 + 0n1-6C14 + 1p1 9) E 10) 11 11) B 12) A 13) Inicialmente, é preciso calcular a variação do número de massa na etapa III, que corresponde à diferença entre os números de massa dos átomos participantes: = 24 Cada partícula apresenta número de massa igual a 4. Logo, o número de partículas emitidas equivale a: 24 : 4 = 6 Nesta mesma etapa, a variação do número atômico é dada por: = 7 As partículas e ß apresentam número atômico igual a 2 e -1, respectivamente. Considerando y o número de partículas ß, tem-se: 6 2 = 7 y = 5 Na etapa III, portanto, são emitidas 6 partículas e 5 partículas ß. Átomos isóbaros são aqueles que apresentam o mesmo número de massa. Na sequência apresentada, Th e Pa são isóbaros, pois ambos apresentam número de massa igual a ) Questão simples de radioatividade, mais especificamente abordando emissões de partículas. A emissão pode ser representada como segue:

7 Resposta: C 15) Nosso objetivo inicial é determinar quantos átomos de trítio existiam na amostra de 10 g da água do rio. 18 g água 6.10²³ moléculas água 10g água x x = 3,3.10²³ moléculas de água. Como cada molécula de água possui 2 átomos de hidrogênio, no total teremos 6,6.10²³ átomos de hidrogênio na amostra. Foi nos dito que: átomos de trítio 1 átomo de hidrogênio y 6,6.10²³ átomos de hidrogênio y = 5, átomos de trítio Sabemos que, do decaimento radioativo do trítio teremos: N = N0/2t, onde t é o número de meias-vidas que se passaram. No nosso caso temos: 1 meia-vida 12,26 anos t 40 anos t = 3,26 meias-vidas Portanto: N = 5,28.106/23,26 N = 5,5.105 átomos de trítio 16) O enunciado nos diz que, no principio da Terra as quantidades de U-235 e U-238 eram iguais, uma vez que não exisitiria motivo aparente para formação preferencial de qualquer um dos dois. Suponha que as massas iniciais eram iguais a M. Após todo o tempo passado da existência terrestre, a proporção dos isótopos mudou. Isso fica claro quando vemos que o tempo de meia-vida do U-235 é menor que o do U-238 ou seja, o U-235 se desintegra mais rápido que o U-238. Para determinar as massas atuais dos dois isótopos vamos usar que: m = M/2x, onde x corresponde ao número de meias-vidas que já se passaram para cada um dos isótopos, de modo que x pode ser representado por: x = T/t1/2, sendo t1/2 o tempo de meia-vida do isótopo radioativo. U-235 m = M/2x aplicando log dos dois lados x.log2 = log (M/m235) (I) U-238 m = M/2y aplicando log dos dois lados

8 y.log2 = log(m/m238) (II) Fazendo (I) (II) teremos: (x y).log2 = log(m238/m235) Foi nos dada a relação de porcentagem mássica entre U-235 e U-238,logo: m238/m235 = 99,28/0,72 = 137,89 Com isso, log(m238/m235) = 2,14 Das definições apresentadas sobre as expressões de x e y temos: x y = T.(1/7, /4,50.109) x y = (45 7,07).T/318, x y = 0,12T/108 Como log2 = 0,3 teremos: (0,12 x 0,3)T/108 = 2,14 T = 5,4.109 anos 17) Veja que: 210Po 206Pb + 4α Em contato com o ar, as partículas α irão abstrair elétrons se tornando átomos de He. Considerando que em 1 ano temos 365 dias, o número de meias-vidas que terão se passado foi de: x = 365/138,4 = 2,64 Em posse dessa informação podemos calcular qual a massa remanescente de Po-210 na amostra. m = m0/2x m = 1/6,22 = 0,16g Com isso, podemos descobrir de forma simples qual a massa de Po-210 que se transformou em hélio. Afinal: mreagiu = minicial mrestou mreagiu = 1 0,16 = 0,84 g Como 1 mol de Po-210 emitem 1 mol de partículas-alfa teremos: 1 mol Po mol He 210g Po ,4 L He 0,84 g Po-210 V V = 0,0896 L V = 89,6 ml 18) O processo radioativo é dado por: 11Na 12Mg + -1β Como a relação mássica entre os isótopos de Mg e Na deve ser de 1:3, se a massa de Mg for m, a massa de Na será 3m. Sabemos que, no decaimento β a conversão de massa em energia é muito pequena, logo a massa total se mantém praticamente inalterada com o passar do tempo. Isso nos mostra que: 3m + m = 200 m = 50 mg Logo, após um tempo Δt, da massa inical de 200 mg de Na-24 restarão apenas 150 mg. Sabemos que: m =m0/2x, onde x é igual ao número de meias-vidas que se passaram. 150 = 200/2x

9 2x = 4/3. (aplicando log dos dois lados da equação) xlog2 = log4 log3 0,3x = 0,6 0,47 x = 0,4333 O número de meias-vidas pode ser calculado ainda da seguinda forma: x = Δt/T, onde T é o tempo de meia-vida. 0,4333 = Δt/15 Δt = 6,5 h = 6 horas e 30 minutos 19) Após 7,6 dias já terão se passado duas meias-vidas. Ou seja, a quantidade de rádio será 1/4 da original. Isso nos permite ver que 0,75 mol de rádio-226 decaíram transformando-se em He-4 e radônio-222. Da reação temos: 226Ra 222Rn + 4He Como a proporção de rádio-226 consumido para hélio-4 e radônio-222 formados é de 1:1, após 7,6 dias teremos 0,75 mol de He e 0,75 mol de Rn na ampola. Como os dois gases não reagem entre si. o número de mols total de gás adicional na ampola será de 1,5. Usando a equação dos gases ideais: pv = nrt p = (1,5 x 0,082 x 300)/8,2 p = 4,5 atm. Como a pressão inicial na ampola já era de 1,5 atm concluímos que a pressão final é: pf =4,5 + 1,5 pf = 6,0 atm 20) Vamos primeiramente determinar o número atômico de X. Explicitando somente essa váriável teremos: 99Es + 2α 2 0n + X Como o número de prótons de ambos os lados do processo de desintegração tem que ser iguais teremos: = (2 x 0) + px px = 101 Analogamente ao processo citado anteriormente teremos, para a variável massa: 253Es + 4α 2 1n + X = 2 + Mx Mx = 255 Portanto, os números atômico e de massa de X são respectivamente 101 e ) E 22) D 23) D