GRANDE PRIMO DA TURMA 2002

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LICEU CORDOLINO CAMPUS I

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TECNOLOGIA (PETRÓQUÍMICA E AFINS)

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segunda-feira, 22 de novembro de 2010

RADIOATIVIDADE e REAÇÕES NUCLEARES ( TEORIA E EXERCÍCIOS )

Reações Nucleares

 Fissão Nuclear.
Fissão nuclear é a quebra de um núcleo atômico pesado e instável através de
bombardeamento desse núcleo com nêutrons moderados, originando dois núcleos
atômicos médios, mais 2 ou 3 nêutrons e uma quantidade de energia enorme. Tal
mecanismo é utilizado para obtenção de energia em reatores nucleares e no
mecanismo da Bomba Atômica. Observe a reação de fissão nuclear:
92U235 + 0n1 56Ba140 + 36Kr93 + 3 0n1
Enrico Fermi, em 1934, bombardeando núcleos com nêutrons de
velocidade moderada, observou que os núcleos bombardeados capturavam os
nêutrons. A equipe do cientista alemão OttO Hahn após certo tempo, observa que
o bombardeamento de urânio com nêutrons moderados, produziu átomos de
bário, vindo a concluir que, após o bombardeio, núcleos instáveis de urânio, partiase
praticamente ao meio.
Utilizando nêutron muito acelerado, este atravessaria completamente o
átomo e o novo núcleo formado, instável, sofre desintegração posterior com
emissão de partículas beta. Somente alguns átomos são capazes de sofrer fissão,
entre eles o urânio-235 e o plutônio. A enorme quantidade de energia produzida
numa fissão nuclear provém da transformação da matéria em energia.
A reação em cadeia só ocorre acima de determinada massa de urânio,
denominada massa crítica.

 FUSÃO NUCLEAR.
Fusão nuclear é a junção de dois ou mais núcleos atômicos leves
originando um único núcleo atômico e a liberação de uma quantidade colossal de
energia.
A fusão de núcleos leves como o hidrogênio, o deutério ou o trítio.
produzindo um núcleo de hélio, liberando nêutron e energia limpa, ou seja, sem
resíduos poluentes. A produção de hélio a partir da fusão de hidrogênio (ou
isótopos) equivale a um aumento de estabilidade atômica. Essa maior estabilidade
é conseguida à custa de uma perda de massa que é liberada do núcleo na forma
de energia.
As reações de fusão constituem a fonte de energia das estrelas e da bomba
de hidrogênio a qual produz uma quantidade de energia muito maior que a bomba
atômica a base de fissão nuclear.
Esse mecanismo de produção de energia é uma dos principais focos de
pesquisa mundial , devido sua magnitude e ausência de resíduos poluentes.
Observe o mecanismo proposto:
Energia liberada 3,9 . 108 Kcal

Cinética Radioativa.
Como os nossos sentidos não são capazes de detectar a radiação, se faz
muito importante conhecer bem todos os tipos de radiações, como elas se
comportam e como medi-las. Só dessa maneira é possível controlar e aplicar
adequadamente a radiação nuclear, nas mais variadas áreas.
A cinética radioativa estuda o comportamento de uma amostra radioativa,
observando sua vida-média e período de semidesintegração ou meia-vida.

 Velocidade média(Vm):
Determina o tempo que os átomos de uma amostra radioativa levam em média
para se desintegrarem. É estatisticamente o inverso da constante radioativa:

Vm = 1/C
onde C é a constante radioativa.
C – constante radioativa indica a fração de átomos desintegrados na unidade de
tempo.


 Meia vida (P):
É o período de tempo necessário para que a metade dos átomos presentes
numa amostra radioativa 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.
O número de mols de átomos não desintegrados pode ser calculado pela
seguinte relação:
n= n0/2x
onde:
n0 = nº inicial de mols
n = nº final de mols (restante)
x= nº de períodos de meia vida.
O tempo de decaimento ou transmutação radioativa pode ser calculado:
t = x . P
Observando o gráfico anterior, nota-se que a cada período de 8 dias a atividade
radioativa da amostra decai a metade.
O conhecimento da cinética radioativa é amplamente explorado na
medicina e na arqueologia.

Exercício Resolvido:
O iodo-125, variedade radioativa do iodo com aplicações medicinais, tem meia
vida de 60 dias. Quantos gramas de iodo-125 irão restar, após 6 meses, a partir
de uma amostra contendo 2,00g do radioisótopo?
Resolução:
massa inicial – 2,00g tempo total = 6 meses ou 180 dias
meia vida = 60 dias t = x P 180 = x.60 x = 3 períodos de meia vida
2,00g  1,00g  0,50g  0,25g
60dias 60 dias 60 dias
Resposta: restará 0,25 gramas de iodo -125.



Importante.
Como se forma o Carbono – 14? Como é feita a datação de fósseis?
O método de datação por C-14, foi proposto por Willard F. Libby em 1949, o
ganhador do premio Nobel de Química em 1960, descreve o processo da seguinte
maneira.
Os raios cósmicos que vem do espaço sideral, atravessam a atmosfera terrestre e
arrancam nêutrons dos átomos do ar. Os nêutrons têm uma meia-vida curta (certa
de 13 min); a 17 km de altitude a concentração de nêutrons é máxima; na
superfície da Terra. Com o oxigênio do ar os nêutrons não reagem; com o
nitrogênio porém há reação:
Forma-se assim o carbono-14, radioativo, de meia vida muito longa (5.600
anos). Na atmosfera o carbono-14 se "queima", transformando-se em CO2, que é
absorvido pelos vegetais (no processo de fotossíntese) e daí passa para os
animais.
Partindo do pé-suposto que a quantidade de carbono-14 manteve-se
constante nos últimos 20.000 anos, o teor de carbono-14 também é constante nos
vegetais e animais, enquanto vivos (cerca de 15 desintegrações por minuto e por
grama de carbono total).
No entanto, quando o vegetal ou animal morre, cessa a absorção de CO2
com carbono radioativo, e começa o decaimento do carbono-14, de acordo com a
equação:
Assim, após 5.600 anos, o teor de C-14 na amostra diminuirá a metade.

Aplicações da Radioatividade
 Produção de energia elétrica: os reatores nucleares produzem energia
elétrica. Baterias nucleares são também utilizadas para propulsão de navios
e submarinos.
 Aplicações na indústria : em radiografias de tubos, lajes, etc - para detectar
trincas, falhas ou corrosões. No controle de produção; no controle do
desgaste de materiais; na determinação de vazamentos em canalizações,
oleodutos, na conservação de alimentos; na esterilização de seringas
descartáveis; etc.
 Aplicações na Química : em traçadores para análise de reações químicas e
bioquímicas- em eletrônica, ciência espacial, geologia, medicina, etc.
 Aplicações na Medicina : no diagnóstico das doenças, com traçadores ,
tireóide( Iodo - 131), tumores cerebrais( Hg-197 ), câncer ( Co-60 e
Cs-137 ) , etc.
 Aplicações na Agricultura: uso de C-14 para análise de absorção de CO2
durante a fotossíntese; uso de radioatividade para obtenção de cereais
mais resistentes; etc.
 Aplicações em Geologia e Arqueologia: datação de rochas (K-40) e fósseis
(C-14).

Curiosidade.
Como funciona um contador Geiger?
No interior do tubo existe um gás, normalmente argônio, a baixa pressão, e um
eletrodo de tungstênio (w). A radiação penetra pela janela e colide com os átomos
de argônio no interior do tubo, ionizando-os e causando uma descarga elétrica
entre o fio central, para onde migram os elétrons, e as paredes do tubo, para onde
migram os íons positivos. Tal descarga elétrica aciona, então, um alto-falante. O
grau de radiação existente é contado eletronicamente em impulsos elétricos por
segundo.O contador de Geiger-Müller é muito empregado na procura de minerais
radioativos

Proposição de Atividades

01. O 201Tl é um isótopo radioativo usado na forma de TlCl3 (cloreto de tálio), para
diagnóstico do funcionamento do coração. Sua meia-vida é de 73h (~3dias). Certo
hospital possui 20g desse isótopo. Sua massa, em gramas, após 9 dias, será igual
a:
a) 1,25
b) 2,5
c) 3,3
d) 5,0
e) 7,5
Gabarito: b

02. Para que o átomo de 86Rn222 se desintegre espontaneamente e origine um
átomo de carga nuclear 82(+), contendo 124 nêutrons, os números de partículas e que deverão ser transmitidas, respectivamente, são
a) 2 e 2.
b) 1 e 1.
c) 2 e 1.
d) 4 e 4.
e) 4 e 2.
Gabarito: d

03. Associe as reações nucleares cujas equações encontram-se listadas na 1ª
COLUNA - REAÇÕES NUCLEARES (de I a IV) com os nomes dos fenômenos
listados na 2ª COLUNA - NOME DO FENÔMENO (de a até d).

1ª COLUNA - REAÇÕES NUCLEARES
I) 41H1 2He4 + 2 +10 + 00
II) 92U235 + 0n1 56Ba140 + 36Kr94 + 20n1
III) 13Al27 + 24 15P30 + 0n1
IV) 90Th232 88Ra228 + 24

2ª COLUNA - NOME DO FENÔMENO
a) transmutação artificial
b) desintegração radiativa espontânea
c) fusão nuclear
d) fissão nuclear
Assinale a opção em que todas as correspondências estejam corretas.
a) Ic - IId - IIIa - IVb
b) Ia - IIc - IIIb - IVd
c) Ib - IIa - IIId - IVc
d) Id - IIb - IIIc – Iva
Gabarito: a

04. Considere os seguintes materiais:
I. Artefato de bronze (confeccionado pela civilização inca).
II. Mangueira centenária (que ainda produz frutos nas ruas de Belém do Pará).
III. Corpo humano mumificado (encontrado em tumbas do Egito antigo).
O processo de datação, por carbono-14, é adequado para estimar a idade apenas
a) do material I
b) do material II
c) do material III
d) dos materiais I e II
e) dos materiais II e III
Gabarito: c


05. Sobre radioatividade, são feitas as seguintes afirmações. Julgues em
verdadeiras (V) ou falsas (F).
( ) Na reação de fusão nuclear representada por 1H2 + 1H3 X + 0n1 a espécie X
deve ter 2 prótons e 2 nêutrons.
( ) 53I131 emite uma partícula beta e se transforma em xenônio com A=135 e Z=55.
( ) Sendo a meia vida do 137Cs igual a 30 anos, o tempo necessário para que 80
gramas de césio decaiam para 5 gramas é de 120 anos.
( ) Um átomo de 88Ra223 sofre emissão de uma partícula alfa e transforma-se em
radônio com A=227 e Z=90.
( ) Nas altas camadas da atmosfera, os raios cósmicos bombardeiam os nêutrons
dos átomos de nitrogênio. Segundo a equação:
7N17 + 0n1 X + 1p1, o elemento X é 6C14.
( ) Átomos de elementos químicos radiativos como urânio, tório e actínio, após
sucessivas transformações, estabilizam-se na forma de isótopos estáveis de
chumbo com números de massa 206, 207 e 208. Estes átomos de chumbo
diferem quanto à configuração eletrônica.
( ) O isótopo 53I131, utilizado no diagnóstico de moléstias da tireóide, pode ser
obtido pelo bombardeio de 52Te130.
52Te130+ 0n1 53I131 + X, onde X corresponde a beta.
Gabarito: V F V F V F V


06. O homem, na tentativa de melhor compreender os mistérios da vida,
sempre lançou mão de seus conhecimentos científicos e/ou religiosos. A datação
por carbono quatorze é um belo exemplo da preocupação do homem em atribuir
idade aos objetos e datar os acontecimentos.
Em 1946 a Química forneceu as bases científicas para a datação de artefatos
arqueológicos, usando o 14C. Esse isótopo é produzido na atmosfera pela ação da
radiação cósmica sobre o nitrogênio, sendo posteriormente transformado em
dióxido de carbono. Os vegetais absorvem o dióxido de carbono e, através da
cadeia alimentar, a proporção de 14C nos organismos vivos mantém-se constante.
Quando o organismo morre, a proporção de 14C nele presente diminui, já que, em
função do tempo, se transforma novamente em 14N. Sabe-se que, a cada período
de 5730 anos, a quantidade de 14C reduz-se à metade.
a) Qual o nome do processo natural pelo qual os vegetais incorporam o carbono?
b) Poderia um artefato de madeira, cujo teor determinado de 14C corresponde a
25% daquele presente nos organismos vivos, ser oriundo de uma árvore cortada
no período do Antigo Egito (3200 a.C. a 2300 a.C.)? Justifique.
c) Se o 14C e o 14N são elementos diferentes que possuem o mesmo número de
massa, aponte uma característica que os distingue.

Gabarito:
a) O processo natural de incorporação do carbono nos vegetais é a fotossíntese.
b) Um artefato de madeira com teor de 14C igual a 25% do presente nos
organismos vivos deve ter sido produzido há 11.460 anos, ou seja desde sua
produção transcorreram duas meias vidas do 14C.
Portanto, esse objeto foi produzido por volta do ano 9460a.C., ou seja, numa
época anterior à do Antigo Egito.
c) A principal diferença entre os elementos 14N e 14C é o número atômico, ou seja,
a quantidade de prótons nos seus núcleos.
14N: Z = 7
14C: Z = 6


07. Considere as seguintes afirmações:
I. A radioatividade foi descoberta por Marie Curie.
II. A perda de uma partícula beta de um átomo de 33As75 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 88Ra226 a 83Po214 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.
Gabarito: d

08. Um ambiente foi contaminado com fósforo radiativo, 15P32. A meia-vida desse
radioisótopo é de 14 dias. A radioatividade por ele emitida deve cair a 12,5% de
seu valor original após
a) 7 dias.
b) 14 dias.
c) 42 dias.
d) 51 dias.
e) 125 dias.
Gabarito: c

09. A Tomografia PET permite obter imagens do corpo humano com maiores
detalhes, e menor exposição à radiação, do que as técnicas tomográficas
atualmente em uso.
A técnica PET utiliza compostos marcados com 6C11. Este isótopo emite um
pósitron, +10 , formando um novo núcleo, em um processo com tempo de meiavida
de 20,4 minutos. O pósitron emitido captura rapidamente um elétron, -10, e se
aniquila, emitindo energia na forma de radiação gama.
a) Escreva a equação nuclear balanceada que representa a reação que leva à
emissão do pósitron. O núcleo formado no processo é do elemento B(Z=5),
C(Z=6), N(Z=7) ou O(Z=8)?
b) Determine por quanto tempo uma amostra de 6C11 pode ser usada, até que sua
atividade radioativa se reduza a 25% de seu valor inicial.
GABARITO:
a) 6C11 +10 + 5B11
O núcleo formado é do elemento boro (Z = 5).
b) 40,8 minutos

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