COLÉGIO DR. JOSÉ FERREIRA

REVISÃO E EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES - QUÍMICA NUCLEAR3a série EM - Prof. Moacyr

Radioatividade: É a capacidade que certos átomos possuem de

emitir radiações eletromagnéticas e partículas de seus núcleos

instáveis com o objetivo de adquirir estabilidade. A emissão de

partículas faz com que o átomo radioativo de determinado

elemento químico se transforme num átomo de outro elemento

químico diferente. A reação nuclear é denominada

decomposição radioativa ou decaimento.

1ª Lei da Radioatividade (lei de Soddy): "Quando um núcleo

emite uma partícula alfa (α), seu número atômico diminui de

duas unidades e seu número de massa diminui de quatro

unidades."

92U235 2α4 + 90Th231

2ª Lei da Radioatividade (lei de Soddy-Fajans-Russel):

"Quando um núcleo emite uma partícula beta (b) , seu número

atômico aumenta de uma unidade e seu número de massa não

se altera."

83Bi210 -1β0 + 84Po210

Transmutação Artificial: é a transformação de um átomo em

outro por bombardeamento de partículas. A primeira

transmutação artificial foi conseguida em 1919 por Rutherford,

ao bombardear núcleos de nitrogênio com partículas alfa.

7N14 + 2α4 8O17 + +1p1

Em 1934, James Chadwick descobriu os nêutrons ao

bombardear átomos de berílio.

4Be9 + 2α4 6C12 + 0n1

Fissão Nuclear: É a divisão de um núcleo atômico pesado e

instável através do seu bombardeamento com nêutrons -

obtendo dois núcleos menores, nêutrons e a liberação de uma

quantidade enorme de energia. Os nêutrons liberados na

reação irão provocar a fissão de novos núcleos, liberando

outros nêutrons, ocorrendo então uma reação em cadeia. Essa

reação é responsável pelo funcionamento de reatores

nucleares e pela desintegração da bomba atômica.

92U235 + 0n156Ba139 + 36Kr94 + 3 0n1 + 0γ0

Fusão Nuclear: É a junção de dois ou mais núcleos atômicos

produzindo um único núcleo maior, com liberação de grande

quantidade de energia. Nas estrelas como o Sol, ocorre a

contínua irradiação de energia (luz, calor, ultravioleta, etc.)

proveniente da reação de fusão nuclear.

1H2 + 1H32He4+ 0n1 + 0γ0

Efeitos das Radiações e Aplicações:

Efeitos elétricos: O ar atmosférico e gases são ionizados pelas

radiações, tornando-se condutores de eletricidade.

Efeitos luminosos: as radiações provocam fluorescência em

certas substâncias, como o sulfeto de zinco.

Efeitos biológicos: as radiações podem ser utilizadas com fins

benéficos, no tratamento de algumas espécies de câncer, em

dosagens apropriadas. Mas em quantidades elevadas, são

nocivas aos tecidos vivos, causam grande perda das defesas

naturais, queimaduras e hemorragias. Também afetam o DNA,

provocando mutações genéticas.

Aplicações na indústria: em radiografias de tubos, lajes, etc. -

para detectar trincas, falhas ou corrosões.

Aplicações na Medicina: no diagnóstico das doenças, como

tumores cerebrais (Hg197), câncer (Co60 e Cs137), etc.

Datação de fósseis: Radioisótopos têm sido usados para

estabelecer mecanismos de reações nos organismos vivos,

como o C14.

Tempo Meia vida (P): é o período de tempo necessário para

que a metade dos átomos presentes num elemento se

desintegre. O tempo de meia vida é uma característica de cada

isótopo radioativo e não depende da quantidade inicial do

isótopo nem de fatores como pressão e temperatura.

Exercícios Emissões radioativas e transmutações

1) A mioglobina é uma proteína e portanto possui átomos de

carbono, entre outros. Dos átomos de carbono, uma pequena

fração corresponde ao isótopo 14C, emissor de radiação 1β0

(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. c) oxigênio. e) hidrogênio.

b) berílio. d) nitrogênio.

1

COLÉGIO DR. JOSÉ FERREIRA2) Urânio - 238, espontaneamente emite partículas α; o

fragmento restante, para cada partícula emitida, tem número

atômico 90. Sendo assim, o número de massa do fragmento

produzido é igual a

a) 237 b) 236 c) 235 d) 234 e) 233

3) Há exatos 100 anos, Ernest Rutherford descobriu que havia

2 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.

4) Isótopos radiativos de iodo são utilizados no diagnóstico e

tratamento de problemas da tireóide, e são, em geral,

ministrados na forma de sais de iodeto. O número de prótons,

nêutrons e elétrons no isótopo 131 do iodeto são,

respectivamente:

a) 53, 78 e 52 d) 131, 53 e 131

b) 53, 78 e 54 e) 52, 78 e 53

c) 53, 131 e 53

5) A desintegração de um elemento radioativo ocorre segundo

a seqüência X Y V W, pela emissão de partículas

BETA, BETA e ALFA, respectivamente. Podemos, então,

afirmar que são isótopos:

a) V e W. b) Y e W. c) Y e V.

d) X e W. e) X e Y.

6) Um átomo de 92U238 emite uma partícula alfa, transformando-

se num elemento X, que por sua vez, emite uma partícula beta,

dando o elemento Y, com número atômico e número de massa

respectivamente iguais a:

a) 92 e 234 b) 91 e 234 c) 90 e 234

d) 90 e 238 e) 89 e 238

7) Após algumas desintegrações sucessivas, o 90Th232, muito

encontrado na orla marítima de Guarapari (ES), se transforma

no 82Pb208. O número de partículas α e β emitidas nessa

transformação foi, respectivamente, de:

a) 6 e 4 b) 6 e 5 c) 5 e 6

d) 4 e 6 e) 3 e 3

8) A partir da década de 40, quando McMillan e Seaborg

obtiveram em laboratório os primeiros elementos transurânicos

(NA > 92), o urânio natural foi usado algumas vezes para obter

tais elementos. Para tanto, ele era bombardeado com núcleos

de elementos leves. Na obtenção do Plutônio, do Califórnio e

do Férmio as transmutações ocorreram da forma a seguir:

Sendo assim, os valores de A, B e C que indicam as

quantidades de nêutrons obtidas são, respectivamente:

a) 1, 4 e 5. b) 1, 5 e 4. c) 2, 4 e 5.

d) 3, 4 e 5. e) 3, 5 e 4.

Exercícios Decaimento e meia vida

9)( (...) A Mir está deixando os cientistas intrigados: minúsculas

partículas de urânio empobrecido foram detectadas na estação.

Três hipóteses foram levantadas pela equipe de

pesquisadores: o urânio seria de armas nucleares testadas no

espaço na década de 60, restos de satélites, ou vestígios de

uma supernova. (...) Foram descobertos sinais de dois isótopos

radioativos – 214Pb e 214Bi - ambos resultantes do 238U". (JB,

2001).

Considerando que a meia-vida do 214Bi é de 20 meses calcule,

a partir de uma amostra com 1,000 g de 214Bi, quantos

miligramas restarão depois de 5 anos?

10) 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 4, -10 e 00. Uma

série radioativa diz respeito aos vários decaimentos que um

átomo instável sofre até atingir a estabilidade. Parte da série

radioativa do 92U238 é mostrada no esquema:

a) Escreva a equação de decaimento radioativo do 88Ra226 para

86Rn222, indicando qual(is) particula(s) é(são) emitida(s).

b) Escreva a equação da Lei de Velocidade de Decaimento do

88Ra226, sabendo-se que é uma reação elementar.

c) Conhecendo-se o tempo de meia-vida do 88Ra226 (1620

2

COLÉGIO DR. JOSÉ FERREIRAanos), qual seria o tempo necessário para que esse perdesse

75% de sua atividade?

11) 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 750mg 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?

12) O isótopo radioativo 86Rn222, formado a partir de 92U238 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 86Rn222 atinge

facilmente os pulmões das pessoas, onde se converte em

84Po218, 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 92U238 em 86Rn222.

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 86Rn222, retido nos pulmões de uma pessoa, seja

reduzido a N0/16 pela conversão em 84Po218.

13) O cobre 64 (29Cu64) 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?

14) As propriedades radioativas de 14C usualmente são

empregadas para fazer a datação de fósseis. Sabe-se que a

meia-vida deste elemento é de aproximadamente 5.730 anos.

Sendo assim, estima-se que a idade de um fóssil que

apresenta uma taxa de 14C em torno de 6,25% da normal deve

ser:

a) 17.190 anos. b) 91.680 anos. c) 5.730 anos.

d) 28.650 anos. e) 22.920 anos.

15) Um elemento radioativo com Z = 53 e A = 131 emite

partículas alfa e beta, perdendo 75% de sua atividade em 32

dias. Detemine o tempo de meia-vida deste radioisótopo.

a) 8 dias. b) 16 dias. c) 5 dias.

d) 4 dias. e) 2 dias.

16) Na indústria nuclear os trabalhadores utilizam a regra

prática de que a radioatividade de qualquer amostra torna-se

inofensiva após dez meias-vidas. Indique a fração que

permanecerá após este período:

a) 0,098%. b) 0,195%. c) 0,391%

d) 1,12%. e) 3,13%.

17) Com base no gráfico adiante, estime o tempo necessário

para que 20% do isótopo yXa se desintegrem:

a) 20 anos. b) 16 anos. c) 7,5 anos. d) 2 anos.

18) Em 1999, foi estudada a ossada do habitante considerado

mais antigo do Brasil, uma mulher que a equipe responsável

pela pesquisa convencionou chamar Vera. A idade da ossada

foi determinada como sendo igual a 11.500 anos. Suponha

que, nesta determinação, foi empregado o método de dosagem

do isótopo radioativo carbono-14, cujo tempo de meia-vida é de

5.730 anos. Pode-se afirmar que a quantidade de carbono-14

encontrada atualmente na ossada, comparada com a contida

no corpo de Vera 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.

Fissão e Fusão Nucleares19) Atualmente são conhecidos mais de uma centena de

elementos químicos, entre os naturais e os artificiais. Cada

elemento químico é definido pelo número de prótons do seu

núcleo atômico. Os núcleos do hidrogênio e do hélio formaram-

3

COLÉGIO DR. JOSÉ FERREIRAse logo nos primeiros minutos do nascimento do Universo,

segundo a teoria do Big Bang. Os núcleos dos outros

elementos químicos somente puderam se formar após a

condensação da matéria sob a ação da gravidade, dando

origem às galáxias e às estrelas; estas últimas são verdadeiras

usinas de síntese de núcleos atômicos. A seguir, estão

representadas algumas das reações nucleares que ocorrem

nas estrelas, onde X, Y, Z, R e T representam genericamente

elementos químicos.

I) 4Be8 + X IV) 8O16 + 8O16 R +

II) 6C12 + 2He4 Y V) 6C12 + 8O16 T + 2He4

III) 6C12 + 6C12 Z +

Se a temperatura for convenientemente baixa, os elétrons

organizam-se em torno do núcleo para formar a eletrosfera, de

acordo com certos princípios. Com relação às informações

acima e à estrutura do átomo, julgue os itens a seguir:

01) O número de elétrons em torno de um núcleo pode ser

menor que o número de prótons, mas não maior.

02) Os fenômenos químicos estão relacionados com a

organização dos elétrons em torno do núcleo, especialmente

com os elétrons mais energéticos, que são os elétrons das

camadas de valência.

04) Na equação nuclear I, o núcleo formado, X, contém 6

prótons e 12 nêutrons.

08) Os núcleos produzidos na reação III pertencem a

elementos químicos da mesma família na classificação

periódica.

16) Se Y (equação II) e T (equação V) contêm cada um 10

elétrons em torno dos respectivos núcleos, formam partículas

que interagem entre si dando origem a um composto iônico, de

fórmula TY2.

32) Quando 14 elétrons se organizam em torno de R (equação

IV), ocorre a formação de um átomo neutro, cuja configuração

eletrônica é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2.

20) 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. d) 111; 175; 111.

b) 114; 175; 114. e) 111; 292; 111.

c) 114; 289; 114.

21)A fissão nuclear do urânio (U-235) ocorre após

bombardeamento do mesmo, por nêutrons, segundo a reação

em cadeia:

92U235 + 0n1 xBa140 + 36Ky + 2 0n1

Julgue os itens a seguir:

01) O valor de y, que torna a equação verdadeira, é 94.

02) A formação de duas partículas n assegura a propagação da

reação em cadeia.

04) Um dos produtos formados possui número atômico superior

ao do urânio.

08) n é uma partícula atômica.

16) O valor de x, que torna a equação verdadeira, é 58.

22) 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 86Kr

e 208Pb, 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. d) 176, nêutron.

b) 175, próton. e) 176, próton.

c) 176, beta.

Questões Desafio23) 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-238 - 99,3%;

U-235 - 0,7%.

meia-vida do U-238: 5 × 109 anos

4

COLÉGIO DR. JOSÉ FERREIRAconstante de Avogadro: 6 × 1023 . mol–1

1 ano: 3 × 107 s

alguns elementos e respectivos números atômicos

88 89 90 91 92 93 94 95 96

Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm

24) Entre o "doping" e o desempenho do atleta, quais são os

limites? Um certo " -bloqueador", 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 " -

bloqueador" 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 1,0×10–6g/mL de

urina (1 micrograma por mililitro) no momento da competição.

Numa amostra coletada 120 horas após a competição, foram

encontrados 15 microgramas de " -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.

25) O tipo mais comum de detetor de fumaça funciona a partir

de uma câmara de ionização de gases atmosféricos. As

moléculas desses gases são ionizadas pelo emissor alfa 241Am.

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 241Am 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 241Am que

possua 1,2 × 1024 átomos.

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