Radioatividade. Contato: 1

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1 Radioatividade 01. (Puccamp) Instruções: Para responder às questões a seguir considere as seguintes informações: Nitrito de sódio, NaNO 2, é empregado como aditivo em alimentos tais como "bacon", salame, presunto, lingüiça e outros, principalmente com duas finalidades: - evitar o desenvolvimento do 'Clostridium botulinum', causador do botulismo; - propiciar a cor rósea característica desses alimentos, pois participam da seguinte transformação química: Mioglobina + NaNO 2 mioglobina nitrosa. Mioglobina: proteína presente na carne, cor vermelha. Mioglobina nitrosa: presente na carne, cor rósea. A concentração máxima permitida é de 0,015 g de NaNO 2 por 100 g do alimento. Os nitritos são considerados mutagênicos, pois no organismo humano produzem ácido nitroso, que interage com bases nitrogenadas alterando-as, podendo provocar erros de pareamento entre elas. A mioglobina é uma proteína e portanto possui átomos de carbono, entre outros. Dos átomos de carbono, uma pequena fração corresponde ao isótopo 14 C, emissor de radiação β - (elétrons). Quando um desses nuclídeos emite radiação, a estrutura molecular da proteína sofre uma pequena mudança, devida à transmutação de um átomo do elemento carbono em um átomo do elemento a) boro. b) berílio. c) oxigênio. d) nitrogênio. e) hidrogênio. 02. (Uel) A(s) questão(ões) adiante está(ão) relacionada(s) com a crença de que o açúcar (sacarose) adicionado ao tanque de um automóvel pode danificar o seu motor. Tal crença pressupõe que o açúcar seja dissolvido na gasolina e que a mistura resultante seja conduzida até o motor. Para testar na prática a solubilidade da sacarose na gasolina, foi realizado um experimento a determinada temperatura, no qual sacarose marcada com C 14 (um emissor de partículas β) foi adicionada à gasolina, e a mistura agitada até o sistema atingir o equilíbrio entre a fase sólida e a líquida. Recolhida uma amostra da fase líquida, a concentração de sacarose dissolvida foi determinada por processos radioativos, encontrando-se o valor de 1,50 mg por litro. Com base nessas informações, é INCORRETO afirmar: a) O C 14 é um isótopo radioativo do C 12 estável. b) Ao emitir uma partícula β, o C 14 transforma-se num átomo de número atômico mais elevado, de número de massa igual a 14. c) O isótopo 14 do carbono tem propriedades químicas semelhantes às do isótopo 12, podendo substituir átomos deste último na estrutura da molécula de sacarose. Contato: sotaodaquimica@gmail.com 1

2 d) Quando a mistura atinge o equilíbrio, a fase líquida é constituída de uma solução saturada de sacarose em gasolina. e) A concentração máxima de sacarose na solução é de aproximadamente 4, mol L (Ita) A equação de Arrhenius k = Ae X, sendo o expoente x = - Ea/RT, mostra a relação de dependência da constante de velocidade (k) de uma reação química com a temperatura (T), em Kelvin (K), a constante universal dos gases (R), o fator pré-exponencial (A) e a energia de ativação (Ea). A curva a seguir mostra a variação da constante de velocidade com o inverso da temperatura absoluta, para uma dada reação química que obedece à equação anterior. A partir da análise deste gráfico, assinale a opção que apresenta o valor da razão Ea/R para essa reação. a) 0,42 b) 0,50 c) 2,0 d) 2,4 e) 5,5 04. (Fgv) As propriedades radioativas de 14 C usualmente são empregadas para fazer a datação de fósseis. Sabe-se que a meia-vida deste elemento é de aproximadamente anos. Sendo assim, estima-se que a idade de um fóssil que apresenta uma taxa de 14 C em torno de 6,25 % da normal deve ser: a) anos. b) anos. c) anos. d) anos. e) anos. 05. (Ita) Considere as seguintes afirmações: I. A radioatividade foi descoberta por Marie Curie. II. A perda de uma partícula beta de um átomo de 33 As 75 forma um átomo de número atômico maior. III. A emissão de radiação gama a partir do núcleo de um átomo não altera o número atômico e o número de massa do átomo. IV. A desintegração de 88 Ra 226 a 83 Po 214 envolve a perda de 3 partículas alfa e de duas partículas beta. Das afirmações feitas, estão CORRETAS a) apenas I e II. b) apenas I e III. c) apenas I e IV. d) apenas II e III. e) apenas II e IV. Contato: sotaodaquimica@gmail.com 2

3 06. (Puc-rio 2000) A energia que permite a existência de vida na terra vem do sol e é produzida, principalmente, pela seguinte reação nuclear: 1H H 3 2 He 4 + n 1 + energia onde n 1 é um nêutron. No Sol, quantidades apreciáveis de ambos isótopos do hidrogênio são continuamente formadas por outras reações nucleares que envolvem o 1 H 1. O deutério ( 1 H 2 ) e o trítio ( 1 H 3 ) ocorrem também na Terra, mas em quantidades mínimas. Dessas informações, pode-se afirmar a massa atômica do hidrogênio na Terra é: a) maior do que a encontrada no Sol. b) menor do que a encontrada no Sol. c) igual à encontrada no sol. d) 3 vezes maior do que a encontrada no Sol. e) 5 vezes maior do que a encontrada no Sol. 07. (Puc-rio) Uma das características das últimas décadas foram as crises energéticas. Neste contexto, tivemos várias notícias nos jornais relacionadas com diferentes formas de geração de energia. As afirmativas abaixo poderiam ter constado de algumas dessas matérias: I. O reator nuclear Angra II, que entrou em operação este ano, gera energia através da fusão nuclear de átomos de urânio enriquecido. II. A queima de combustível fóssil, por exemplo, a gasolina, constitui-se, na realidade, numa reação de oxidação de matéria orgânica. III. A queima de uma dada quantidade de carvão em uma termoelétrica produz a mesma quantidade de energia que a fissão de igual massa de urânio em uma usina nuclear. IV. É possível aproveitar a energia solar utilizando-se a eletrólise da água durante o dia e queimandose o hidrogênio produzido durante a noite. Dentre as afirmações acima, apenas está(ão) correta(s): a) I. b) III. c) I e II. d) II e IV. e) III e IV. 08. (Pucpr) Um elemento radioativo com Z = 53 e A = 131 emite partículas alfa e beta, perdendo 75% de sua atividade em 32 dias. Determine o tempo de meia-vida deste radioisótopo. a) 8 dias b) 16 dias c) 5 dias d) 4 dias e) 2 dias 09. (Uel) Os raios gama oriundos do cobalto 60 ou do césio 137 podem ser usados na radiação em alimentos. Sobre a radiação gama, considere as afirmativas. I. O átomo de cobalto ou de césio, ao emitir radiação gama, resulta em um novo elemento químico não radioativo. II. A radiação gama é uma radiação eletromagnética. III. A radiação gama não apresenta massa nem carga elétrica. IV. O poder de penetração da radiação gama é muito pequeno. Contato: sotaodaquimica@gmail.com 3

4 Assinale a alternativa CORRETA. a) Somente as afirmativas I e IV são corretas. b) Somente as afirmativas II e III são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas I, II e IV são corretas. 10. (Ufrs) Em recente experimento com um acelerador de partículas, cientistas norte-americanos conseguiram sintetizar um novo elemento químico. Ele foi produzido a partir de átomos de cálcio (Ca), de número de massa 48, e de átomos de plutônio (Pu), de número de massa 244. Com um choque efetivo entre os núcleos de cada um dos átomos desses elementos, surgiu o novo elemento químico. Sabendo que nesse choque foram perdidos apenas três nêutrons, os números de prótons, nêutrons e elétrons, respectivamente, de um átomo neutro desse novo elemento são a) 114; 178; 114. b) 114; 175; 114. c) 114; 289; 114. d) 111; 175; 111. e) 111; 292; (Ufscar) Em 1999, foi estudada a ossada do habitante considerado mais antigo do Brasil, uma mulher que a equipe responsável pela pesquisa convencionou chamar Luzia. A idade da ossada foi determinada como sendo igual a anos. Suponha que, nesta determinação, foi empregado o método de dosagem do isótopo radioativo carbono-14, cujo tempo de meia-vida é de anos. Pode-se afirmar que a quantidade de carbono-14 encontrada atualmente na ossada, comparada com a contida no corpo de Luzia por ocasião de sua morte, é aproximadamente igual a a) 100 % do valor original b) 50 % do valor original. c) 25 % do valor original. d) 10 % do valor original. e) 5 % do valor original. 12. (Ufscar) Físicos da Califórnia relataram em 1999 que, por uma fração de segundo, haviam produzido o elemento mais pesado já obtido, com número atômico 118. Em 2001, eles comunicaram, por meio de uma nota a uma revista científica, que tudo não havia passado de um engano. Esse novo elemento teria sido obtido pela fusão nuclear de núcleos de 86 Kr e 208 Pb, com a liberação de uma partícula. O número de nêutrons desse "novo elemento" e a partícula emitida após a fusão seriam, respectivamente, a) 175, nêutron. b) 175, próton. c) 176, beta. d) 176, nêutron. e) 176, próton. 13. (Fuvest) Para diagnósticos de anomalias da glândula tireóide, por cintilografia, deve ser introduzido, no paciente, iodeto de sódio, em que o ânion iodeto é proveniente de um radioisótopo do iodo (número atômico 53 e número de massa 131). A meia-vida efetiva desse isótopo (tempo que decorre para que metade da quantidade do isótopo deixe de estar presente na glândula) é de aproximadamente 5 dias. a) O radioisótopo em questão emite radiação β -. O elemento formado nessa emissão é 52 Te, 127 I ou 54Xe? Justifique. Escreva a equação nuclear correspondente. b) Suponha que a quantidade inicial do isótopo na glândula (no tempo zero) seja de 1,000 µg e se reduza, após certo tempo, para 0,125 µg. Com base nessas informações, trace a curva que dá a quantidade do radioisótopo na glândula em função do tempo, colocando os valores nas coordenadas adequadamente escolhidas. Contato: sotaodaquimica@gmail.com 4

5 14. (Fuvest) Para determinar o volume de sangue de uma pessoa, injeta-se em sua corrente sangüínea uma solução aquosa radioativa de citrato de gálio e, depois de certo tempo, colhe-se uma amostra de sangue e mede-se sua atividade. Em uma determinação, a concentração do radioisótopo gálio-67 na solução era de 1, átomos por mililitro, no momento de sua preparação. Decorridas 24 horas de sua preparação, 1,00 ml dessa solução foi injetado na pessoa. A coleta de sangue foi feita 1 hora após a injeção, sendo que a amostra coletada apresentou 2, átomos de gálio-67 por mililitro. A diminuição da concentração do radioisótopo deveu-se apenas ao seu decaimento radioativo e à sua diluição no sangue. a) Use o gráfico abaixo para determinar de quanto caiu a atividade do gálio-67, após 25 horas. b) Calcule o volume de sangue da pessoa examinada. c) O gálio-67 emite radiação γ quando seu núcleo captura um elétron de sua eletrosfera. Escreva a equação dessa reação nuclear e identifique o nuclídeo formado. 15. (Fuvest) Em 1999, a região de Kosovo, nos Bálcãs, foi bombardeada com projéteis de "urânio empobrecido", o que gerou receio de contaminação radioativa do solo, do ar e de água, pois urânio emite PARTÍCULAS ALFA. a) O que deve ter sido extraído do urânio natural, para se obter o urânio empobrecido? Para que se usa o componente retirado? b) Qual a equação da primeira desintegração nuclear do urânio-238? Escreva-a, identificando o nuclídeo formado. c) Quantas partículas alfa emite, por segundo, aproximadamente, um projétil de urânio empobrecido de massa 1 kg? Dados: composição do urânio natural: U ,3 %. U-235-0,7 %. Meia-vida do U-238: anos. Constante de Avogadro: mol ano: s. Alguns elementos e respectivos números atômicos Contato: sotaodaquimica@gmail.com 5

6 16. (Ita) O cloreto de sulfurila, SO 2 Cl 2, no estado gasoso, decompõe-se nos gases cloro e dióxido de enxofre em uma reação química de primeira ordem (análogo ao decaimento radioativo). Quantas horas demorará para que ocorra a decomposição de 87,5 % de SO 2 Cl 2 a 320 O C? Dados: constante de velocidade da reação de decomposição (a 320 O C) = 2, s -1 ; ln0,5 = - 0,693. a) 1,58 b) 8,75 c) 11,1 d) 26,3 e) 52,5 17. (Uerj) 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. 18. (Uerj) O tipo mais comum de detector de fumaça funciona a partir de uma câmara de ionização de gases atmosféricos. As moléculas desses gases são ionizadas pelo emissor alfa 241 Am. Quando partículas de fumaça penetram na câmara, ocorre a neutralização das moléculas, interrompendo a passagem de corrente elétrica e disparando um alarme sonoro. a) A produção do 241 Am em reatores nucleares requer seis transformações radioativas - três capturas de nêutron e três emissões beta - de um determinado nuclídeo. Represente esse nuclídeo com símbolo, número de massa e número atômico. b) Calcule a massa, em gramas, de uma amostra de 241 Am que possua 1, átomos. 19. (Uflavras) Alguns átomos possuem núcleos instáveis e, para alcançarem a estabilidade, emitem radiações (sofrem decaimento radioativo). As partículas mais comuns emitidas nas reações de decaimento radioativo são 2 α 4, -1 β 0 e 0 γ 0. Uma série radioativa diz respeito aos vários decaimento que um átomo instável sofre até atingir a estabilidade. Parte da série radioativa do 92 U 238 é mostrada no esquema: a) Escreva a equação de decaimento radioativo do 88 Ra 226 para 86 Rn 222, indicando qual(is) partícula(s) é(são) emitida(s). b) Escreva a equação da Lei de Velocidade de Decaimento do 88 Ra 226, sabendo-se que é uma reação elementar. c) Conhecendo-se o tempo de meia-vida do 88 Ra 226 (1620 anos), qual seria o tempo necessário para que esse perdesse 75 % de sua atividade? 20. (Ufrj ) Existem diversos tipos de penicilinas, já que uma mesma penicilina não é ativa contra todas as espécies de bactérias. Elas são denominadas pela indústria farmacêutica penicilinas N, G, V, O, etc. As penicilinas apresentam estruturas quarais e a atividade biológica das penicilinas está associada a esta quiralidade. a) A penicilina estocada na temperatura ambiente perde sua atividade biológica. Medidas da atividade biológica deste antibiótico com o tempo (expresso em semanas) são apresentadas adiante. Usando o gráfico, encontre o tempo de meia-vida, em relação à atividade biológica, deste medicamento (penicilina). Contato: sotaodaquimica@gmail.com 6

7 b) No caso da penicilina V, mostrada na figura acima, a forma dextrógira tem uma atividade biológica de 1696 unidades/mg, e a mistura racêmica de 848 unidades/mg (metade da atividade da forma dextrógira). A partir deste dado, explique qual deve ser a atividade biológica da forma levógira. 21. (Ufrj) 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. 22. (Ufrj) Considere a ingestão de um comprimido que contenha 100 mg de ciprofibrato - medicamento utilizado para o controle da concentração de colesterol no sangue - e que a sua absorção pelo organismo seja total. Considere, ainda, que a meia vida do ciprofibrato, no plasma sangüíneo, é de 96 horas. Determine o tempo, em dias, para que a quantidade de ciprofibrato no plasma sangüíneo se reduza a 6,25 mg. 23. (Ufrrj) As células cancerosas são mais fracas que as normais e, por esse motivo, uma dose controlada de radiação incidindo apenas sobre o local do tumor pode matar apenas as células cancerosas. Esse é o princípio da chamada radioterapia do câncer. O COBALTO 60, usado no tratamento do câncer, possui tempo de meia vida de aproximadamente 5 anos. Observou-se, por exemplo, que uma amostra desse, radionúcleo colocada em uma cápsula lacrada e aberta após 20 anos continha 750 mg de COBALTO 60. a) Qual a quantidade de cobalto 60 colocada inicialmente na cápsula? b) Qual a porcentagem de material que restou da amostra inicial? 24. (Unesp) O isótopo radioativo 86 Rn 222, formado a partir de 92 U 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 86 Rn 222 atinge facilmente os pulmões das pessoas, onde se converte em 84 Po 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 92 U 238 em 86 Rn 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. Contato: sotaodaquimica@gmail.com 7

8 b) Calcule o tempo necessário para que o número N³ de átomos de 86 Rn 222, retido nos pulmões de uma pessoa, seja reduzido a N 0 /16 pela conversão em 84 Po (Unesp) O cobre 64 ( 29 Cu 64 ) 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 α, qual o número de prótons e nêutrons no átomo formado? 26. (Unicamp) Entre o "doping" e o desempenho do atleta, quais são os limites? Um certo "βbloqueador", usado no tratamento de asma, é uma das substâncias proibidas pelo Comitê 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. O gráfico mostra a quantidade do "βbloqueador" contida em amostras da urina de um indivíduo, 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, g/ml de urina (1 micrograma por mililitro) no momento da competição. Numa amostra coletada 120 horas após a competição, foram encontrados 15 microgramas de "β-bloqueador" em 150mL de urina de um atleta. Se o teste fosse realizado em amostra coletada logo após a competição, o resultado seria positivo ou negativo? Justifique. 27. (Unifesp) Mais de uma vez a imprensa noticiou a obtenção da chamada fusão nuclear a frio, fato que não foi comprovado de forma inequívoca até o momento. Por exemplo, em 1989, Fleishman e Pons anunciaram ter obtido a fusão de dois átomos de deutério formando átomos de He, de número de massa 3, em condições ambientais. O esquema mostra, de forma simplificada e adaptada, a experiência feita pelos pesquisadores. Contato: sotaodaquimica@gmail.com 8

9 Uma fonte de tensão (por exemplo, uma bateria de carro) é ligada a um eletrodo de platina e a outro de paládio, colocados dentro de um recipiente com água pesada (D 2 O) contendo um eletrólito (para facilitar a passagem da corrente elétrica). Ocorre eletrólise da água, gerando deutério (D 2 ) no eletrodo de paládio. O paládio, devido às suas propriedades especiais, provoca a dissociação do D 2 em átomos de deutério, os quais se fundem gerando 3 He com emissão de energia. a) Escreva a equação balanceada que representa a semi-reação que produz D no eletrodo de paládio. Explique a diferença existente entre os núcleos de H e D. b) Escreva a equação balanceada que representa a reação de fusão nuclear descrita no texto e dê uma razão para a importância tecnológica de se conseguir a fusão a frio. Respostas 13. a) 53 I β Xe 131. Esta equação nuclear indica que o isótopo formado na desintegração do iodo-131 é o xenônio-131. b) Observe o gráfico a seguir: 14. a) A atividade do gálio-67 caiu de 20 % nas 25 horas (de 1,0 para 0,8). b) 4,80 L de sangue. c) 31 Ga e 0 γ + 30 Zn a) O componente retirado é o 235 U que pode ser usado em usinas termonucleares e bombas atômicas. b) 92 U α Th 234. c) 1, D 17. Gases nobres. A = a) Observe a equação a seguir: b) 482 g. Contato: sotaodaquimica@gmail.com 9

10 19. a) 88 Ra Rn α 4. b) v = (n n 0 )/ t. n: número de átomos inalterados. n 0 : número inicial de átomos radioativos. t: intervalo de tempo. c) 3240 anos. 20. a) Tempo de meia-vida ë atividade biológica=5000, logo (gráfico) t 1/2 = 3 semanas. b) Uma mistura racêmica é composta de 50 % da forma dextrógira e 50 % da forma levógira. Como ela, no problema em questão, apresenta 50 % da atividade da forma dextrógira pura, isto indica que a contribuição da forma levógira à atividade biológica é nula. Ou seja, a forma levógira tem atividade zero He A + 1 H 1 1 H 5 + x 1 p = 1 + x x = 2; A + 1 = 5 + x A = Dezesseis dias. 23. a) 12 g. b) 6,25 %. 24. a) Quatro partículas 2 α 4 e duas partículas -1 β 0. b) 15,2 dias. 25. a) 1 mg. b) P = 25 (prótons); N = 31 (nêutrons). 26. a) 60 horas. b) Após 120h temos: c = 240 µg/150ml = 1,6 µg/ml > 1,0 µg/ml. Conclusão: o resultado seria positivo. Temos 240 µg em 150 ml: 27. a) Utilizando um sal que não sofre eletrólise em solução aquosa como eletrólito (por exemplo, NaNO 3 ): Cátodo (pólo negativo, paládio) 2D 2 1+ O e - D OD 1- Os núcleos de H e D diferem no número de nêutrons e, portanto, no número de massa. 1H 1 : 1 próton, nenhum nêutron. 1D 2 : 1 próton, 1 nêutron. b) 1 D D 2 2 He n 1 (nêutron). A fusão de núcleos positivos requer temperaturas elevadas (da ordem de C). Ocorrendo a fusão, há liberação de grande quantidade de energia pela transformação de massa em energia (E = m.c 2, de acordo com Einstein). A fusão a frio permitiria a produção de energia, sem a dificuldade tecnológica de obtenção de temperatura elevadíssima para iniciar a fusão. Contato: sotaodaquimica@gmail.com 10