Exercícios sobre Radioatividade

Carolina Batista

Radioatividade é um fenômeno nuclear que resulta da emissão de energia por átomos, provocada em decorrência de uma desintegração, ou instabilidade, de elementos químicos.

Desde a descoberta da radioatividade muitos avanços tecnológicos foram alcançados, pois as emissões radioativas tem inúmeras aplicações.

Diante da relevância desse tema, a radioatividade é abordada nos vestibulares e Enem de diversas formas.

Pensando nisso, criamos a lista a seguir com 15 questões comentadas sobre o tema para você se preparar para os exames.

Conceitos gerais

1. (UESB) A radioatividade emitida por determinadas amostras de substâncias provém

a) da energia térmica liberada em sua combustão.
b) de alterações em núcleos de átomos que as formam.
c) de rupturas de ligações químicas entre os átomos que as formam.
d) do escape de elétrons das eletrosferas de átomos que as formam.
e) da reorganização de átomos que ocorre em sua decomposição.

Alternativa correta: b) de alterações em núcleos de átomos que as formam.

Uma reação nuclear promove transformações no núcleo do átomo emitindo radioatividade.

Já as reações químicas estão relacionadas à eletrosfera, onde os átomos são rearranjados por uniões, ruptura ou formação de ligações químicas, que envolvem os elétrons.

Combustão e decomposição são exemplos de reações químicas, e a energia liberada nessas transformações é muito inferior a uma reação nuclear.

2. (Vunesp) A natureza das radiações emitidas pela desintegração espontânea do reto U com 92 pré-subscrito com 234 pré-sobrescrito pode ser estudada através 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 novos feixes, que atingem o detector nos pontos 1, 2 e 3.

Emissões radioativas

a) Qual é o tipo de radiação que atinge o detector no ponto 3? Justifique.

Como a partícula 3 sofreu um desvio em direção ao lado carregado da placa com carga negativa, podemos afirmar que ela é uma emissão alfa, reto alfa com 2 pré-subscrito com 4 pré-sobrescrito , que foi atraída por possuir carga oposta, ou seja, positiva.

b) Representando por X o novo núcleo formado, escreva a equação balanceada da reação nuclear responsável pela radiação detectada no ponto 3.

Genericamente, podemos representar uma emissão alfa da seguinte forma:

emissão alfa

Segundo a primeira lei da radioatividade, quando um nuclídeo emite uma partícula alfa, ocorre a diminuição de 4 unidades de seu número de massa e 2 unidades de seu número atômico.

Dessa forma, para o elemento urânio temos que:

Balanço de massa: 234 - 4 = 230
Balanço de cargas: 92 - 2 = 90

A equação balanceada é:

reto U com 92 pré-subscrito com 234 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço reto alfa com 2 pré-subscrito com 4 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto X com 90 pré-subscrito com 230 pré-sobrescrito

Ao observar a tabela periódica, vamos encontrar que o elemento químico gerado nessa transformação nuclear é o tório, cujo número atômico é 90.

A partícula 1 sofreu desvio em direção para o lado positivo da placa. Trata-se de uma emissão beta que tem carga negativa.

A partícula 2 não sofreu nenhum desvio, pois é uma onda eletromagnética. Trata-se da radiação gama.

Descoberta da Radioatividade

3. (UECE) Escolha a alternativa na qual é apresentada uma correta associação entre o nome do cientista e a contribuição que deu para a ciência no campo de estudos da radioatividade.

a) Becquerel/descoberta da radioatividade natural.
b) Marie Curie/descoberta do nêutron.
c) Chadwick/descoberta dos raios X.
d) Roentgen/descoberta do polônio.

Alternativa correta: a) Becquerel/descoberta da radioatividade natural.

Ao investigar a fosforescência natural das substâncias, o químico francês Antoine Henri Becquerel constatou que é possível uma substância emitir radiação naturalmente.

Marie Curie, física de origem polonesa, também estudou a radioatividade dos compostos, analisou minérios de urânio e descobriu novos elementos radioativos: polônio e rádio.

Wilhelm Conrad Röntgen, físico alemão, descobriu os raios X ao emitir raios catódicos em direção à um anteparo metálico.

Já o físico inglês James Chadwick, através dos seus experimentos, descobriu a existência do nêutron.

4. (CEETPES) Há pouco mais de 100 anos, Ernest Rutherford descobriu que havia dois tipos de radiação, que chamou de α e β. Com relação a essas partículas, podemos afirmar que:

a) as partículas β são constituídas por 2 prótons e 2 nêutrons.
b) as partículas α são constituídas por 2 prótons e 2 elétrons.
c) as partículas β são elétrons emitidos pelo núcleo de um átomo instável.
d) as partículas α são constituídas apenas por 2 prótons.
e) as partículas β são constituídas por 2 elétrons, 2 prótons e 2 nêutrons.

Alternativa correta: c) as partículas β são elétrons emitidos pelo núcleo de um átomo instável.

As partículas beta são elétrons, ou seja, possuem carga negativa e são atiradas em altíssima velocidade de um núcleo instável.

emissão beta

O elétron é formado a partir de um nêutron. O próton permanece no núcleo e é emitida a partícula beta. O neutrino formado é eletricamente neutro e de massa desprezível.

Sendo assim,

reto n com 0 pré-subscrito com 1 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço reto p com 1 pré-subscrito com 1 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto beta com menos 1 pré-subscrito fim do pré-subscrito com 0 pré-sobrescrito

Um nêutron desintegra e fornece um próton e um elétron.

Exemplo:

Bi com 83 pré-subscrito com 210 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço reto beta com menos 1 pré-subscrito fim do pré-subscrito com 0 pré-sobrescrito espaço mais espaço Po com 84 pré-subscrito com 210 pré-sobrescrito

A desintegração de um nêutron do núcleo faz sair um elétron e aumenta o número de prótons (carga positiva) em uma unidade.

Os elementos bismuto e polônio são isóbaros, pois possuem mesmo número de massa e números atômicos diferentes.

As partículas alfa são formadas por 2 prótons e 2 nêutrons.

partícula alfa

Quando uma partícula alfa é emitida, a massa do elemento diminui 4 unidades e o número atômico diminui 2 unidades.

Exemplo:

reto U com 92 pré-subscrito com 234 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço reto alfa com 2 pré-subscrito com 4 pré-sobrescrito espaço mais espaço Th com 90 pré-subscrito com 230 pré-sobrescrito

Como podemos observar, nas transformações nucleares, átomos de um elemento são transformados em átomos de novos elementos químicos.

Leia mais sobre:

Séries radioativas

5. (UEPG) Uma série radioativa consiste em um conjunto de radioisótopos que são formados a partir de um radioisótopo inicial, pela sucessiva emissão de partículas alfa e beta. Na série radioativa que se inicia com o Np com 93 pré-subscrito com 237 pré-sobrescrito e termina com o Bi com 83 pré-subscrito com 209 pré-sobrescrito , o número de partículas α e β emitido é de, respectivamente:

a) 3 e 5.
b) 7 e 4.
c) 6 e 3.
d) 5 e 2.
e) 8 e 6.

Alternativa correta: b) 7 e 4.

Segundo as leis da radioatividade, temos que:

  • Ao emitir radiação alfa ocorre a perda de 4 unidades do número de massa e 2 unidades do número atômico.
  • Quando ocorre a emissão beta, há o aumento de uma unidade no número atômico.

Np com 93 pré-subscrito com 237 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço Bi com 83 pré-subscrito com 209 pré-sobrescrito

1º passo: analisar a diminuição da massa.

A massa do elemento inicial é de 237 e a série termina com um elemento de massa igual a 209.

237 espaço menos espaço 209 espaço igual a 28

Fazendo a subtração da massa inicial e final encontramos que houve a diminuição de 28 unidades.

28 sobre 4 igual a 7

Cada partícula alfa diminui 4 unidades da massa do elemento. Para diminuir 28 unidades, então 7 partículas alfa foram emitidas.

Para cada emissão alfa o número atômico diminui 2 unidades.

93 espaço menos espaço 7 asterisco 2 espaço igual a 79

Por isso, o número atômico passa a ser 79.

Np com 93 pré-subscrito com 237 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço 7 reto alfa com 2 pré-subscrito com 4 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto X com 79 pré-subscrito com 209 pré-sobrescrito

2º passo: analisar o aumento do número atômico.

O elemento final da série tem o número atômico maior do que o do elemento X devido as emissões beta.

83 espaço menos espaço 79 espaço igual a 4

Se o número atômico aumentou 4 unidades, então quer dizer que 4 partículas beta foram emitidas.

reto X com 79 pré-subscrito com 209 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço reto beta com menos 1 pré-subscrito fim do pré-subscrito com 0 pré-sobrescrito espaço mais espaço Bi com 83 pré-subscrito com 209 pré-sobrescrito

6. (Fuvest)

Série radioativa

Radônio transfere a radioatividade de solos que contêm urânio para a atmosfera, através da série de eventos acima representada. Tanto o Rn com espaço em branco pré-subscrito com 222 pré-sobrescrito quanto o elemento Ea emitem partículas alfa. O elemento Ec, final da série, é estável e provém do elemento Eb, de mesmo número atômico, por sucessivas desintegrações.

a) Quais são os elementos Ea, Eb e Ec? Justifique.

Do urânio ao radônio:

reto U com 92 pré-subscrito com 238 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço Rn com 86 pré-subscrito com 222 pré-sobrescrito espaço

A massa diminui de 238 para 222, significa que 16 unidades foram perdidas.

238 espaço menos espaço 222 espaço igual a espaço 16

Cada emissão alfa diminui 4 unidades da massa, sendo assim:

16 sobre 4 espaço igual a 4

Foram emitidas 4 partículas alfa.

Para cada partícula alfa emitida, o número atômico também diminui 2 unidades.

92 espaço menos espaço 4 asterisco 2 espaço igual a 84

Logo, reto X com 84 pré-subscrito com 222 pré-sobrescrito

Também são emitidas 2 partículas beta, aumentando o número atômico em 2 unidades.

reto X com 84 pré-subscrito com 222 pré-sobrescrito espaço seta para a direita 2 reto beta com menos 1 pré-subscrito fim do pré-subscrito com 0 pré-sobrescrito espaço mais espaço Rn com 86 pré-subscrito com 222 pré-sobrescrito

O decaimento natural do urânio-238 até o elemento radônio ocorre pela emissão de 4 partículas alfa e 2 partículas beta da seguinte forma:

reto U com 86 pré-subscrito com 222 pré-sobrescrito espaço seta para a direita com reto alfa sobrescrito espaço Th com 90 pré-subscrito com 234 pré-sobrescrito espaço seta para a direita com reto beta sobrescrito Pa com 91 pré-subscrito com 234 pré-sobrescrito seta para a direita com reto beta sobrescrito reto U com 92 pré-subscrito com 234 pré-sobrescrito seta para a direita com reto alfa sobrescrito Th com 90 pré-subscrito com 230 pré-sobrescrito seta para a direita com reto alfa sobrescrito Ra com 88 pré-subscrito com 226 pré-sobrescrito seta para a direita com reto alfa sobrescrito Rn com 86 pré-subscrito com 222 pré-sobrescrito

Elemento Ea:

Conforme observamos no desenho, o radônio emite uma partícula alfa e gera o elemento Ea.

Rn com 86 pré-subscrito com 222 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço reto alfa com 2 pré-subscrito com 4 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto E com reto a subscrito

Com a emissão de uma partícula alfa, diminui-se 4 unidades da massa do elemento e 2 unidades do seu número atômico.

reto U com 86 pré-subscrito com 222 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço reto alfa com 2 pré-subscrito com 4 pré-sobrescrito espaço mais espaço Po com 84 pré-subscrito com 218 pré-sobrescrito

Por isso, o elemento Ea é o polônio, cujo número atômico é 84.

Elemento Eb:

Após o elemento polônio emitir uma partícula alfa, o elemento Eb é formado.

Po com 84 pré-subscrito com 218 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço reto alfa com 2 pré-subscrito com 4 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto E com reto b subscrito

Diminuindo 4 unidades de massa e 2 unidades de número atômico, chegamos ao elemento de número atômico 82.

Po com 84 pré-subscrito com 218 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço reto alfa com 2 pré-subscrito com 4 pré-sobrescrito espaço mais espaço Pb com 82 pré-subscrito com 214 pré-sobrescrito

O elemento Eb trata-se do chumbo.

Elemento Ec:

O elemento Ec é o chumbo, pois como afirma o enunciado da questão, esse elemento possui o mesmo número atômico do elemento Eb e por isso são isótopos.

As sucessivas desintegrações ocorrem da seguinte forma:

Pb com 82 pré-subscrito com 214 pré-sobrescrito espaço seta para a direita com reto beta sobrescrito Bi com 83 pré-subscrito com 214 pré-sobrescrito seta para a direita com reto beta sobrescrito Po com 84 pré-subscrito com 214 pré-sobrescrito seta para a direita com reto alfa sobrescrito Pb com 82 pré-subscrito com 210 pré-sobrescrito seta para a direita com reto beta sobrescrito Bi com 83 pré-subscrito com 210 pré-sobrescrito seta para a direita com reto beta sobrescrito Po com 84 pré-subscrito com 210 pré-sobrescrito seta para a direita com reto alfa sobrescrito Pb com 82 pré-subscrito com 206 pré-sobrescrito

E o elemento final da série é o chumbo-206.

b) Explique por que o 222Rn é facilmente transferido do solo para a atmosfera.

Solos que contêm elementos como urânio, rádio e tório podem gerar o elemento radônio.

Por ser um elemento da família dos gases nobres, o radônio tem como característica ser um gás inerte, não reage ou se combina com elementos no solo e por isso é facilmente transferido para atmosfera, dispersando-se no ar.

Tempo de meia-vida

7. (FEI) Vinte gramas de um isótopo radioativo decrescem para cinco gramas em dezesseis anos. A meia-vida desse isótopo é:

a) 4 anos.
b) 16 anos.
c) 32 anos.
d) 10 anos.
e) 8 anos.

Alternativa correta: e) 8 anos.

Os dados apresentados na questão são:

  1. Massa inicial do isótopo: 20 g.
  2. Massa final do isótopo: 5 g.
  3. Tempo decorrido: 16 anos.

Com base nesses dados, calcula-se quantas vezes a massa reduziu pela metade.

20g seta para a direita com reto P sobrescrito numerador 20 espaço reto g sobre denominador 2 fim da fração igual a 10 espaço reto g seta para a direita com reto P sobrescrito numerador 10 espaço reto g sobre denominador 2 fim da fração igual a 5 espaço reto g

P representa o período que levou para ocorrer essa redução.

Já que a massa passou por duas reduções ao longo dos 16 anos, então quer dizer que a meia-vida desse isótipo é a metade desse tempo.

2 reto P espaço igual a espaço 16 espaço anos espaço espaço reto P espaço igual a espaço 16 sobre 2 espaço espaço espaço reto P espaço igual a espaço 8 espaço anos

8. (ITA) Em relação ao tempo de meia-vida do césio-137, livre ou combinado, são feitas as afirmações seguintes.

Ia. Ele decresce com o aumento da temperatura.
Ib. Ele independe da temperatura.
Ic. Ele cresce com o aumento da temperatura.
IIa. Ele decresce com o aumento da pressão.
IIb. Ele independe da pressão.
IIc. Ele cresce com o aumento da pressão.
IIIa. Ele é o mesmo tanto no césio elementar como em todos os compostos de césio.
IIIb. Ele varia se são mudados os outros átomos ligados ao átomo de césio.

Dessas afirmações, quais são corretas?
a) Ib; IIc; IIIa.
b) Ic; IIa; IIIa.
c) Ia; IIb; IIIb.
d) Ic; IIc; IIIb.
e) Ib; IIb; IIIa.

Alternativa correta: e) Ib; IIb; IIIa.

A radioatividade é um fenômeno nuclear e o tempo de meia-vida é o tempo necessário para desintegrar a metade dos átomos radioativos existentes em uma determinada amostra.

Por isso, o tempo de meia-vida:

  • Ib. Independe da temperatura.
  • IIb. Independe da pressão.
  • IIIa. É o mesmo tanto no césio elementar como em todos os compostos de césio.

Sendo assim, trata-se de uma característica do radioisótopo, independente do composto químico que ele está presente ou venha a formar.

Fatores como temperatura, pressão e ligações químicas, que envolvem os elétrons, não interferem na radioatividade já que ela se apresenta devido a instabilidade ou desintegrações dos núcleos de átomos de um elemento químico.

Aplicações da radioatividade

9. (UEM-PR) O isótopo radioativo do iodo reto I com 53 pré-subscrito com 131 pré-sobrescrito produzido artificialmente é usado no diagnóstico do câncer na tireóide. Quando se ingere iodo, ele fica acumulado na tireóide. Em estado normal, a glândula absorve pouco o iodo radioativo, mas, afetada pelo câncer, absorve-o em maior quantidade, podendo ser detectado por meio de detectores de radioatividade. Sabendo-se que o tempo de meia-vida do isótopo reto I com 53 pré-subscrito com 131 pré-sobrescrito é de 8 dias, e que, após 40 dias, encontra-se uma massa de 0,5 g, qual a massa inicial do isótopo, em gramas?

Se o tempo de meia-vida é de 8 dias, após 40 dias a massa reduziu pela metade 5 vezes, pois:

40 sobre 8 igual a espaço 5

Podemos calcular a massa inicial da seguinte forma:

reto m espaço igual a espaço reto m com 0 subscrito sobre 2 à potência de reto n

Onde,

  • m é a massa final
  • m0 é a massa inicial
  • n é o número de reduções

Substituindo os valores, temos que:

0 vírgula 5 espaço reto g espaço igual a espaço reto m com 0 subscrito sobre 2 à potência de 5 reto m com 0 subscrito espaço igual a espaço 0 vírgula 5 espaço reto g espaço reto x espaço 2 à potência de 5 reto m com 0 subscrito espaço igual a 0 vírgula 5 espaço reto g espaço reto x espaço 32 reto m com 0 subscrito espaço igual a 16 espaço reto g

Representamos as reduções segundo o tempo de meia-vida da seguinte forma:

16 espaço reto g espaço seta para a direita com espaço em branco à potência de começar estilo em linha tipográfico 1 meio fim do estilo fim do exponencial sobrescrito espaço 8 espaço reto g espaço seta para a direita com espaço em branco à potência de começar estilo em linha tipográfico 1 meio fim do estilo fim do exponencial sobrescrito espaço 4 espaço reto g espaço seta para a direita com espaço em branco à potência de começar estilo em linha tipográfico 1 meio fim do estilo fim do exponencial sobrescrito espaço 2 espaço reto g espaço seta para a direita com espaço em branco à potência de começar estilo em linha tipográfico 1 meio fim do estilo fim do exponencial sobrescrito espaço 1 espaço reto g espaço seta para a direita com espaço em branco à potência de começar estilo em linha tipográfico 1 meio fim do estilo fim do exponencial sobrescrito espaço 0 vírgula 5 espaço reto g

10. (Enem/2016) Pesquisadores recuperaram DNA de ossos de mamute (Mammuthus primigenius) encontrados na Sibéria, que tiveram sua idade de cerca de 28 mil anos confirmada pela técnica do CARBONO-14.

FAPESP. DNA do mamute é revelado. Disponível em: http://agencia.fapesp.br. Acesso em: 13 ago. 2012(adaptado).

A técnica de datação apresentada no texto só é possível devido à

a) proporção conhecida entre carbono-14 e carbono-12 na atmosfera ao longo dos anos.
b) decomposição de todo o carbono-12 presente no organismo após a morte.
c) fixação maior do carbono-14 nos tecidos de organismos após a morte.
d) emissão de carbono-12 pelos tecidos de organismos após a morte.
e) transformação do carbono-12 em carbono-14 ao longo dos anos.

Alternativa correta: a) proporção conhecida entre carbono-14 e carbono-12 na atmosfera ao longo dos anos.

Na natureza existem três isótopos do carbono:

Carbono-12: reto C com 6 pré-subscrito com 12 pré-sobrescrito, com abundância de 98,9%.
Carbono-13: reto C com 6 pré-subscrito com 13 pré-sobrescrito, com abundância de 1,1%.
Carbono-14: reto C com 6 pré-subscrito com 14 pré-sobrescrito, com abundância de 0,000001%.

O teor de carbono-14 é de 10 ppb, ou seja, a cada um bilhão de átomos de carbono, 10 são de carbono-14.

Ele é formado na alta atmosfera e é incorporado na forma de CO2.

Como a fotossíntese capta o dióxido de carbono, esse composto é transmitido as seres fotossintetizantes e também aos demais seres pelas cadeias alimentares, fazendo parte da maioria dos seres vivos.

Os dois primeiros isótopos de carbono são estáveis, já o carbono-14 é radioativo e emite partículas beta.

reto C com 6 pré-subscrito com 14 pré-sobrescrito seta para a direita reto N com 7 pré-subscrito com 14 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto beta com menos 1 pré-subscrito fim do pré-subscrito com 0 pré-sobrescrito

Com a mesma velocidade que esse isótopo se forma, ele se desintegra, mantendo sua proporção no planeta de 10 ppb constante.

Quando o indivíduo morre, o teor de carbono-14 diminui devido ao decaimento beta desde a morte do ser vivo.

datação por carbono-14

Como a proporção de carbono é conhecida para os seres vivos, após a morte inicia-se o decaimento radioativo do carbono-14 e esse processo permite conhecer a idade do fóssil.

11. (Enem/2017) O avanço científico e tecnológico da física nuclear permitiu conhecer, com maiores detalhes, o decaimento radioativo dos núcleos atômicos instáveis, desenvolvendo-se algumas aplicações para a radiação de grande penetração no corpo humano, utilizada, por exemplo, no tratamento do câncer. A aplicação citada no texto se refere a qual tipo de radiação?

a) Beta.
b) Alfa.
c) Gama.
d) Raios X.
e) Ultravioleta.

Alternativa correta: c) Gama.

As radiações alfa, beta e gama tem diferentes poder de penetração, como podemos observar na imagem a seguir:

penetração das radiações

A radiação gama é uma onda eletromagnética e pode penetrar no corpo humano porque é a que tem maior alcance, devido ao seu menor comprimento de onda.

A medicina utiliza a radiação em diagnósticos, tratamentos e até detecção de drogas e hormônios no organismo.

O combate ao câncer é feito por meio da radioterapia, devido as células cancerígenas terem maior sensibilidade à radiação gama, quando os raios são direcionado ao tumor.

Esse método recebe esse nome devido o elemento rádio ser o primeiro nuclídeo radioativo utilizado.

As radiações alfa, beta e gama são captadas no mais conhecido instrumento de detecção da radiação, o contador Geiger, devido a capacidade de ionizar gases e, consequentemente, transformá-los em condutores de corrente elétrica.

Esse sinal passa por um detector e é transformado em um efeito sonoro e o ruído emitido torna-se maior a medida que mais radiação alcança o gás da ampola.

Os raios X são utilizados em exames para obter fotografias dos órgãos internos. Com o resultado, é possível observar os ossos e distinguir deformações.

A radiação ultravioleta é emitida pela Sol e absorvida pela atmosfera terrestre.

Transmutação, fissão e fusão nuclear

12. (FGV) Fissão nuclear e fusão nuclear:

a) Os termos são sinônimos.
b) A fusão nuclear é responsável pela produção de luz e calor no Sol e em outras estrelas.
c) Apenas a fusão nuclear enfrenta o problema de como dispor o lixo radioativo de forma segura.
d) A fusão nuclear é atualmente utilizada para produzir energia comercialmente em muitos países.
e) Ambos os métodos ainda estão em fase de pesquisa e não são usados comercialmente.

Alternativa correta: b) A fusão nuclear é responsável pela produção de luz e calor no Sol e em outras estrelas.

Fissão e fusão não são sinônimos.

Fissão significa divisão. Quando um núcleo maior sofre uma quebra, ocorre a liberação de grande quantidade de energia na formação de núcleos menores.

Fissão nuclear

Nesse processo, ocorre uma reação em cadeia que é iniciada com um nêutron atingindo um grande núcleo e quebra-o em dois núcleos menores. Os nêutrons liberados nessa reação irão provocar a fissão de outros núcleos.

Exemplo:

A fissão do Urânio-235 pode ser representada da seguinte forma:

reto U com 92 pré-subscrito com 235 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto n com 0 pré-subscrito com 1 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço Ba com 56 pré-subscrito com 141 pré-sobrescrito espaço mais espaço Kr com 36 pré-subscrito com 92 pré-sobrescrito espaço mais espaço 3 reto n com 0 pré-subscrito com 1 pré-sobrescrito

Ao ser atingido por um nêutron, o urânio-235 dividiu-se em dois núcleos menores e liberou 3 nêutrons.

A energia liberada nessa reação é de 2.1010 kJ/mol. Na combustão do etanol, a energia liberada é de 98 kJ/mol. Diante disso, podemos perceber a magnitude desse processo, cuja energia produzida chega a ser praticamente um trilhão de vezes maior que uma reação de combustão.

A fusão nuclear é o processo de junção de núcleos para formação de um núcleo maior que libera grande quantidade de energia.

fusão nuclear

Exemplo:

A fusão de átomos de hidrogênio que produz átomos de hélio.

reto H com 1 pré-subscrito com 2 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto H com 1 pré-subscrito com 3 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço reto H com 2 pré-subscrito com 4 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto n com 0 pré-subscrito com 1 pré-sobrescrito

O deutério é um átomo de hidrogênio com massa de 2u. Já o trítio é um átomo de hidrogênio com massa 3u. No processo de fusão ocorre a formação de átomos de hélio durante a colisão e junção dos dois núcleos.

A energia liberada nesse processo é cerca de 1,7.1012 kJ/mol.

Esse tipo de reação necessita de elevadas temperaturas e ocorre no Sol e em outras estrelas, onde tem temperatura suficiente para gerar a fusão de átomos de hidrogênio e gerar energia na forma de luz e calor, como nós a recebemos.

No caso da utilização de ambos os processos, há o problema de disposição do lixo gerado.

As usinas nucleares, atualmente produzem energia por meio da fissão, já que as condições para ocorrer a fusão nuclear de forma controlada ainda estão sendo estudadas.

13. (UERJ) O reator atômico instalado no município de Angra dos Reis é do tipo PWR — Reator de Água Pressurizada. O seu princípio básico consiste em obter energia através do fenômeno “fissão nuclear”, em que ocorre a ruptura de núcleos pesados em outros mais leves, liberando grande quantidade de energia. Esse fenômeno pode ser representado pela seguinte equação nuclear:

reto n com 0 pré-subscrito com 1 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto U com 92 pré-subscrito com 235 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço Cs com 55 pré-subscrito com 144 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto T espaço mais espaço 2 reto n com 0 pré-subscrito com 1 pré-sobrescrito espaço mais espaço energia

Os números atômico e de massa do elemento T estão respectivamente indicados na seguinte alternativa:

a) 27 e 91.
b) 37 e 90.
c) 39 e 92.
d) 43 e 93.

Alternativa correta: b) 37 e 90.

A massa de um elemento é dada pela soma do número de prótons e nêutrons: reto A espaço igual a espaço reto p espaço mais espaço reto n

Já o número atômico representa o número de prótons de um elemento químico: reto Z espaço igual a espaço reto p

Dessa forma, para o elemento urânio, reto U com 92 pré-subscrito com 235 pré-sobrescrito, temos que:

reto U com 92 pré-subscrito com 235 pré-sobrescrito reto A espaço igual a espaço reto p espaço mais espaço reto n espaço igual a espaço 235
reto Z espaço igual a espaço reto p espaço igual a espaço 92

1º passo: calcular o número de prótons de T.

Encontramos esse valor subtraindo o número de prótons do urânio pelo número de prótons do césio.

reto Z com reto T subscrito espaço igual a espaço reto Z com reto U subscrito espaço menos espaço reto Z com Cs subscrito reto Z com reto T espaço subscrito fim do subscrito igual a espaço 92 espaço menos espaço 55 reto Z com reto T espaço subscrito fim do subscrito igual a espaço 37

Sabemos então que o número atômico do elemento T é 37.

2º passo: calcular o número de nêutrons dos elementos urânio e césio.

reto U com 92 pré-subscrito com 235 pré-sobrescrito reto A com reto U subscrito espaço igual a espaço reto p com reto U subscrito espaço mais espaço reto n com reto U subscrito reto n com reto U subscrito espaço igual a espaço reto A com reto U subscrito espaço menos espaço reto p com reto U subscrito reto n com reto U subscrito espaço igual a espaço 235 espaço menos espaço 92 reto n com reto U subscrito espaço igual a espaço 143
Cs com 55 pré-subscrito com 144 pré-sobrescrito reto A com Cs subscrito espaço igual a espaço reto p com Cs subscrito espaço mais espaço reto n com Cs subscrito reto n com Cs subscrito espaço igual a espaço reto A com Cs subscrito espaço menos espaço reto p com Cs subscrito reto n com Cs subscrito espaço igual a espaço 144 espaço menos espaço 55 reto n com Cs subscrito espaço igual a espaço 89

3º passo: calcular o número de nêutrons do elemento T.

Observe que a fissão nuclear inicia com o urânio e um nêutron. Após ocorrer essa reação, césio e T são formados e libera-se 2 nêutrons.

Levando em consideração essa informação, encontramos o número de nêutrons de T subtraindo a quantidade de nêutrons antes e após a fissão.

reto T com 37 pré-subscrito com parêntese esquerdo 37 espaço mais espaço reto n parêntese direito pré-sobrescrito fim do pré-sobrescrito reto n com reto T subscrito espaço igual a espaço parêntese esquerdo reto n com reto U subscrito espaço mais espaço 1 parêntese direito espaço menos espaço parêntese esquerdo reto n com Cs subscrito mais espaço 2 parêntese direito reto n com reto T subscrito espaço igual a parêntese esquerdo 143 espaço mais 1 espaço parêntese direito menos espaço parêntese esquerdo 89 espaço mais espaço 2 parêntese direito reto n com reto T subscrito espaço igual a 144 espaço menos espaço 91 reto n com reto T subscrito espaço igual a 53

4º passo: calcular a massa atômica do elemento T.

reto A com reto T subscrito espaço igual a espaço reto p com reto T subscrito espaço mais espaço reto n com reto T subscrito reto A com reto T subscrito espaço igual a espaço 37 espaço mais espaço 53 reto A com reto T subscrito espaço igual a espaço 90

Sendo assim, encontramos que reto T com 37 pré-subscrito com 90 pré-sobrescrito.

14. (UFMA) A bomba de hidrogênio funciona de acordo com a seguinte reação nuclear:

reto H com 1 pré-subscrito com 2 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto H com 1 pré-subscrito com 3 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço He com 2 pré-subscrito com 4 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto n com 0 pré-subscrito com 1 pré-sobrescrito espaço mais espaço energia

Portanto podemos afirmar:

a) é reação de “fusão”.
b) é reação de “fissão”.
c) é reação onde ocorre apenas emissão de partículas alfa (α).
d) é reação onde ocorre apenas emissão de partículas beta (β).
e) é reação onde ocorre apenas emissão de raios gama (γ).

Alternativa correta: a) é reação de “fusão”.

Quando uma bomba de hidrogênio explode, ocorre a fusão de núcleos menores e a liberação de grande quantidade de energia.

É possível observar na equação reto H com 1 pré-subscrito com 2 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto H com 1 pré-subscrito com 3 pré-sobrescrito espaço seta para a direita espaço He com 2 pré-subscrito com 4 pré-sobrescrito espaço mais espaço reto n com 0 pré-subscrito com 1 pré-sobrescrito espaço mais espaço energia que deutério (hidrogênio com massa 2u) e trítio (hidrogênio com massa 3u) sofreram uma fusão, transformando-se em um átomo de hélio, liberando um nêutron e energia.

Essa reação ocorre quando uma bomba de hidrogênio explode. Entretanto, para desencadear essa reação é necessária altíssimas temperaturas, e isso é obtido através da detonação de uma bomba atômica.

Bomba de hidrogênio

A bomba atômica funciona como um gatilho para colisão entre deutério e trítio, fazendo com que a explosão de uma bomba de hidrogênio seja superior ao armamento anterior.

15. (UFRGS) 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: (números atômicos: Ca = 20; Pu = 94)

a) 114; 178; 114.
b) 114; 175; 114.
c) 114; 289; 114.
d) 111; 175; 111.
e) 111; 292; 111.

Alternativa correta: b) 114; 175; 114.

Quando caracterizamos um núcleo com número atômico e número de massa, atribuímos o nome de nuclídeo.

Ao bombardear uma partícula é possível transformar um nuclídeo em outro pelo processo de transmutação.

Os átomos que se chocaram são dos elementos cálcio e plutônio, que possuem os valores de massa e número atômico de:

Cálcio Plutônio
Ca com 20 pré-subscrito com 48 pré-sobrescrito Pu com 94 pré-subscrito com 244 pré-sobrescrito

Como foram perdidos três nêutrons, podemos representar a reação nuclear da seguinte forma:

Ca com 20 pré-subscrito com 48 pré-sobrescrito espaço mais espaço Pu com 94 pré-subscrito com 244 pré-sobrescrito espaço seta para a direita reto X com reto p pré-subscrito com parêntese esquerdo reto p espaço mais espaço reto n parêntese direito pré-sobrescrito fim do pré-sobrescrito espaço mais espaço 3 reto n com 0 pré-subscrito com 1 pré-sobrescrito

A massa de um elemento é dada pela soma do número de prótons e nêutrons: reto A espaço igual a espaço reto p espaço mais espaço reto n

Já o número atômico representa o número de prótons de um elemento químico: reto Z espaço igual a espaço reto p

1º passo: calcular o número de prótons de X.

Encontramos esse valor somando o número de prótons do plutônio pelo número de prótons do cálcio.

reto Z com reto X subscrito espaço igual a espaço reto Z com Pu subscrito espaço mais espaço reto Z com Ca subscrito reto Z com reto X espaço subscrito fim do subscrito igual a espaço 94 espaço mais espaço 20 reto Z com reto X espaço subscrito fim do subscrito igual a espaço 114

Como um átomo no estado fundamental é eletricamente neutro, isso significa que o número de prótons é igual o número de elétrons, e por isso:

reto p igual a reto e igual a 114

2º passo: calcular o número de nêutrons dos elementos cálcio e plutônio.

Ca com 20 pré-subscrito com 48 pré-sobrescrito reto A com Ca subscrito espaço igual a espaço reto p com Ca subscrito espaço mais espaço reto n com Ca subscrito reto n com Ca subscrito espaço igual a espaço reto A com Ca subscrito espaço menos espaço reto p com Ca subscrito reto n com Ca subscrito espaço igual a 48 espaço menos espaço 20 reto n com Ca subscrito espaço igual a 28
Pu com 94 pré-subscrito com 244 pré-sobrescrito reto A com Pu subscrito espaço igual a espaço reto p com Pu subscrito espaço mais espaço reto n com Pu subscrito reto n com Pu subscrito espaço igual a espaço reto A com Pu subscrito espaço menos espaço reto p com Pu subscrito espaço reto n com Pu subscrito espaço igual a 244 espaço menos espaço 94 reto n com Pu subscrito espaço igual a 150

3º passo: calcular o número de nêutrons de X.

Após ocorrer o choque entre cálcio e plutônio, é formado um novo elemento e são liberados 3 nêutrons.

Levando em consideração essa informação, encontramos o número de nêutrons de X somando a quantidade de nêutrons antes da reação e subtraindo os 3 nêutrons liberados após a reação.

reto X com 114 pré-subscrito com parêntese esquerdo 114 espaço mais espaço reto n parêntese direito pré-sobrescrito fim do pré-sobrescrito reto n com reto X subscrito espaço igual a espaço parêntese esquerdo reto n com Ca subscrito espaço mais espaço reto n com Pu subscrito parêntese direito espaço menos espaço 3 reto n com reto X subscrito espaço igual a parêntese esquerdo 28 espaço mais 150 espaço parêntese direito menos espaço 3 reto n com reto X subscrito espaço igual a 144 espaço menos espaço 91 reto n com reto X subscrito espaço igual a 175

A massa do elemento então é:

reto A com reto x subscrito espaço igual a espaço reto p com reto x subscrito espaço mais espaço reto n com reto x subscrito reto A com reto x subscrito espaço igual a espaço 114 espaço mais espaço 175 reto A com reto x subscrito espaço igual a espaço 289

E observando a tabela periódica, é possível ver que o novo elemento formado é o Fleróvio, cujo símbolo atômico é Fl.

A equação balanceada se torna: Ca com 20 pré-subscrito com 48 pré-sobrescrito espaço mais espaço Pu com 94 pré-subscrito com 244 pré-sobrescrito espaço seta para a direita Fl com 114 pré-subscrito com 289 pré-sobrescrito espaço mais espaço 3 reto n com 0 pré-subscrito com 1 pré-sobrescrito

Carolina Batista
Carolina Batista
Técnica em Química pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco (2011) e Bacharelada em Química Tecnológica e Industrial pela Universidade Federal de Alagoas (2018).