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aula 21

Eletrólise

Introdução

Radioatividade e estrutura atômica, emissões alfa, beta e gama, tempo de meia vida, transmutação nuclear, fissão nuclear (bomba atômica, reator nuclear), fusão nuclear, carbono 14, radioterapia.

Marie Curie
Fonte. Wikipedia

O fenômeno no qual um núcleo instável emite radiação é denominado radioatividade. Por esse fenômeno, o núcleo sofre decomposição ou decaimento, transformando-se em um núcleo mais estável.

Radiação alfa (α, \(_{2}^{4}\alpha\))

Corresponde a um feixe de partículas com cargas 2+ e massa 4 u, ou seja, suas partículas são constituídas por dois prótons e dois nêutrons. Essa radiação apresenta velocidade de aproximadamente 20000 km/s, porém, baixíssimo poder de penetração, sendo retida por uma folha de papel, a camada de células mortas da pele ou alguns centímetros no ar atmosférico.

© Pattanawit Chan / / 123RF.
Radiação beta (β, \(_{-1}^{0}\beta\))

Corresponde a um feixe de partículas negativamente carregadas, idênticas aos elétrons. Ao ejetar uma partícula beta, um nêutron se converte a próton. Esta é extremamente leve (cerca de 5,7.10-4 u), e tem velocidade próxima a velocidade da luz, sendo assim, tem maior poder de penetração que a radiação alfa, conseguindo atravessar uma folha de papel, a camada superficial da pele, porém, pode ser retida por uma fina placa de Pb.

© Pattanawit Chan / / 123RF.
Radiação gama (\(\gamma\), \(_{0}^{0}\gamma\))

Corresponde a fótons com elevada energia e comprimentos de onda muito reduzidos. Este é gerado por praticamente todos os núcleos que emitem partículas alfa ou beta, que ficam num estado excitado, e após emitirem a radiação gama, retornam a um estado mais baixo de energia. Devido à alta energia e massa praticamente nula, esta tem alto poder de penetração. Só pode ser contida por paredes grossas de chumbo ou concreto. No corpo humano, se usadas em doses corretas, podem ser úteis ao tratamento de câncer, mas em doses demasiadas, causam danos irreparáveis.

© Pattanawit Chan / / 123RF.
  • O quê? – o(s) fato(s) que determina(m) a história;
  • Quem? – a personagem ou personagens;
  • Como? – o enredo, o modo como se tecem os fatos;
  • Onde? – o lugar ou lugares da ocorrência;
  • Quando? – o momento ou momentos em que se passam os fatos;
  • Por quê? – a causa do acontecimento.

1ª lei da Radioatividade: \(_{Z}^{A}X\,\to\,_{2}^{4}\alpha +_{Z-2}^{A-4}Y\) Um átomo que emite uma partícula alfa se transforma num elemento com número atômico menor em 2 unidades e número de massa menor em 4 unidades.

2ª lei da Radioatividade: \(_{Z}^{A}Q\,\to\,_{-1}^{0}\beta +_{Z+1}^{A}R\) Um átomo que emite partículas beta se transforma num elemento de mesmo número de massa e número atômico superior em uma unidade.

Tempo de meia vida (\({{t}_{1/2}}\)): é o tempo requerido para que metade do número de átomos de uma dada substância se desintegre, emitindo radiação.

Radiois Po 214 Pa 234 K 42 Dia 232. Ra U 235 C14
T1/2 1 ms 1,12min 12,4h 24 dias 1610 anos 7,1.108 anos 5738 anos

O número de átomos radioativos que resta em uma amostra após x períodos \({{t}_{1/2}}\) é dado por:

\(n={{n}_{0}}/{{2}^{x}}\), onde n é o número de átomos finais, \({{n}_{0}}\) é o número inicial de átomos e x é número de períodos \({{t}_{1/2}}\).

Fissão nuclear: é a reação de quebra de um núcleo atômico em núcleos menores, na qual há liberação de enorme quantidade de energia.

Ex. \(_{92}^{235}U+_{0}^{1}n\,\to\,_{36}^{142}Ba+_{36}^{91}Kr+3_{0}^{1}n+4,6\cdot {{10}^{9}}Kcal\)

Fusão nuclear: é a síntese de dois núcleos, formando um núcleo maior e mais estável, também ocorrendo a emissão de grandes quantidades de energia.

Ex. \(4_{1}^{1}H\to\,_{2}^{4}He\,+\,2_{+1}^{0}e+2_{0}^{0}\upsilon +energia\)

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

(FEPCS – DF) O Cobalto-60 é um radioisótopo muito utilizado em tratamentos de alguns tipos de câncer. Sobre a velocidade da reação de decaimento do Cobalto-60 em uma fonte radioativa, é correto afirmar que:

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01

(PUC - PR) No decaimento radioativo do \(^{234}T{{h}_{90}}\), há emissão de 4 partículas alfa e 3 partículas ß até atingir o isótopo \(_{z}A{{t}^{A}}\) onde Z e A são respectivamente:

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02

(UNIRIO) O Tl²⁰¹, é um isótopo radioativo usado na forma de \(TlC{{l}_{3}}\) (cloreto de tálio), para diagnóstico do funcionamento do coração. Sua meia-vida é de 73h (≅ 3 dias). Certo hospital possui 20g desse isótopo. Sua massa, em gramas, após 9 dias, será igual a:

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03

(UEL – PR) A  meia-vida do radioisótopo carbono-14 é de aproximadamente  5700 anos e sua abundância nos seres vivos é da ordem de 10 ppb (partes por bilhão). Sendo assim, se um pedaço de tecido produzido no ano do descobrimento do Brasil for realmente dessa época, deverá apresentar teor de carbono-14:

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04

(UFTM – MG) No início da década de 1990, um cadáver de homem pré–histórico foi encontrado numa geleira próxima à fronteira entre Itália e Áustria, apresentando um espantoso estado de conservação. Para levantar o tempo, em anos, da sua morte, os cientistas usaram o método da datação pelo carbono –14, resultando em uma taxa de carbono–14 igual a 50% da taxa normal. O tempo levantado pelos cientistas, em anos, foi de, aproximadamente,

Dado: meia-vida do carbono–14 = 5,73 x 10³ anos

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05

(UEL – PR) Marie Sklodowka Curie, por seus trabalhos com a radioatividade e pelas descobertas de novos elementos químicos como o polônio e o rádio, foi a primeira mulher a ganhar dois prêmios Nobel: um de física, em 1903, e um de química, em 1911. Suas descobertas possibilitaram a utilização de radioisótopos na medicina nuclear.

O elemento sódio não possui um isótopo radioativo na natureza, porém o sódio-24 pode ser produzido por bombardeamento em um reator nuclear. As equações nucleares são as seguintes:

\[\begin{matrix}   _{12}^{24}Mg+X\,\to\,_{11}^{24}Na+_{1}^{1}{H}  \\   _{12}^{24}Na\,\to\,_{12}^{24}Mg+\gamma   \\ \end{matrix}\]

O sódio-24 é utilizado para monitorar a circulação sanguínea, com o objetivo de detectar obstruções no sistema circulatório. “X” e “Y” são, respectivamente:

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06

(ITA - SP) Considere as seguintes equações  relativa a processos nucleares:

I. \({}_{3}L{{i}^{8}}\,\to{{\,}_{2}}H{{e}^{4}}{{+}_{2}}H{{e}^{4}}+x\)

II. \({}_{4}B{{e}^{7}}\,\,{{\gamma }^{2}}{{\to}_{3}}L{{i}^{7}}\)

III. \({}_{5}{{B}^{8}}{{\to }_{4}}B{{e}^{8}}+z\)

IV. \({}_{1}{{H}^{3}}{{\to }_{2}}H{{e}^{3}}+w\)

Ao completar as equações  dadas  acima, as partículas x, y, z e w são, respectivamente:

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07

(UERJ – RJ) 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:

\[{}_{0}{{n}^{1}}+{}_{92}{{U}^{238}}\,\to{{\,}_{55}}C{{s}^{144}}+T+{{2}_{0}}{{n}^{1}}+energia\]

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

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08

(UFPI – PI) Qual das equações radioquímicas dadas representa o processo de fusão nuclear?

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09

(UNIRIO) Nos produtos de fissão do urânio-235, já foram identificados mais de duzentos isótopos pertencentes a 35 elementos diferentes. Muitos deles emitem radiação α, β e \(\gamma\), representando um risco á população. Dentre os muitos nuclídeos presentes no lixo nuclear, podemos destacar o ¹³⁷Cs (Césio 137), responsável pelo acidente ocorrido em Goiânia. Partindo do I¹³⁷ , quantas e de que tipo serão as partículas radiativas emitidas até se obter o Cs 137?

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10

EXERCÍCIOS EXTRAS

(PUCCamp) Os radioisótopos, apesar de temidos pela população que os associa a acidentes nucleares e danos ambientais, exercem importante papel na sociedade atual. São hoje praticamente indispensáveis à medicina, engenharia, indústria, hidrologia, antropologia e à pesquisa acadêmica em diversas áreas do conhecimento, seja por atuarem como traçadores radioativos, ou como fontes de radiações.

Carbono - 11 é utilizado na medicina para diagnóstico por imagem. Amostras de compostos contendo carbono - 11 são injetadas no paciente obtendo-se a imagem desejada após decorridos cinco “meias-vidas” do radioisótopo. Neste caso, a porcentagem da massa de carbono -11, da amostra, que ainda não se desintegrou é

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01

(FUVEST - SP) O ano de 2017 marca o trigésimo aniversário de um grave acidente de contaminação radioativa, ocorrido em Goiânia em 1987. Na ocasião, uma fonte radioativa, utilizada em um equipamento de radioterapia, foi retirada do prédio abandonado de um hospital e, posteriormente, aberta em um ferro velho para onde fora levada. O brilho azulado do pó de Césio-137 fascinou o dono do ferro-velho, que compartilhou porções do material altamente radioativo com sua família e amigos, o que teve consequências trágicas. O tempo necessário para que metade da quantidade de césio-137 existente em uma fonte se transforme no elemento não radioativo bário-137 é trinta anos.

Em relação a 1987, a fração de césio-137, em %, que existirá na fonte radioativa 120 anos após o acidente, será, aproximadamente,

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02

(UEM – PR) Assinale o que for correto.

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03

(UEM – PR) Assinale o que for correto.

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04

(ENEM) O elemento radioativo tório (Th) pode substituir os combustíveis fósseis e baterias. Pequenas quantidades desse elemento seriam suficientes para gerar grande quantidade de energia. A partícula liberada em seu decaimento poderia ser bloqueada utilizando-se uma caixa de aço inoxidável. A equação nuclear para o decaimento do  é:

\[_{90}^{239}Th\,\to\,+_{88}^{226}Ra+partícula\,+\,energia\]

Considerando a equação de decaimento nuclear, a partícula que fica bloqueada na caixa de aço inoxidável é o(a)

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05

(UFG – GO) As explosões das bombas atômicas, em agosto 1945, sobre as cidades de Hiroshima e Nagasaki, completaram, em 1995, cinquenta anos. O fim da guerra e o início da era atômica se anunciavam e o clarão escurecia os olhares do mundo, que oscilava entre o pavor e o medo. O desconhecido explodia em solo japonês. A bomba detonava os horrores da guerra, levantava a poeira atômica das nações rivais e emitia sinais de que os tempos seriam outros para as nações. Por certo nunca seriam os mesmos para os “filhos do clarão”.

Sobre a bomba atômica é correto afirmar:

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06

(UEM – PR) Com relação à emissão de partículas α ou β e de radiação γ por radionuclídeos e suas respectivas capacidades de penetração em tecidos biológicos, assinale o que for correto.

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07

(UFG – GO) O sol fornece energia ao nosso planeta devido à fusão nuclear – a união de átomos de hidrogênio para formar hélio. Um exemplo de reação de fusão é a união de dois núcleos de deutério para dar um núcleo de hélio, um nêutron e energia, que pode ser representada como:

\[2_{1}^{2}H\,\to\,_{2}^{3}He+_{0}^{1}n\,+\,energia\]

Sobre esse processo, é correto afirmar:

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08

(UFPR – PR) 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-se 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. \(_{4}B{{e}^{8}}+\alpha \,\to \,X\)

II. \(_{6}{{C}^{12}}{{+}_{2}}H{{e}^{4}}\,\to \,Y\)

III. \(_{6}{{C}^{12}}{{+}_{6}}{{C}^{12}}\to \,Z+\alpha\)

IV. \(_{8}{{O}^{16}}{{+}_{8}}{{O}^{16}}\to \,R+\alpha\)

V. \(_{6}{{C}^{12}}{{+}_{6}}{{O}^{16}}\to\,T{{+}_{2}}H{{e}^{4}}\)

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, é correto afirmar:

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09

(UEPG - PR) Desde que Becquerel observou a ação das emissões radiativas sobre chapas fotográficas em 1896, muito se descobriu sobre os processos nucleares e suas aplicações. Sobre este assunto, assinale o que for correto.

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10

(ESPCEX) Um isótopo radioativo de Utânio-238 \((_{92}^{238}U)\), de número atômico 92 e número de massa 238, emite uma partícula alfa, transformando-se num átomo X, o qual emite uma partícula beta, produzindo um átomo Z, que por sua vez emite uma partícula beta, transformando-se num átomo M. um estudante analisando essas situações faz as seguintes observações:

I. Os átomos X e Z são isóbaros;

II. o átomo M é o isótopo do Urânio-238 \((_{92}^{238}U)\);

III. O átomo Z possui 143 nêutrons;

IV. O átomo X possui 90 prótons.

Das observações feitas, utilizando os dados acima, estão corretas:

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11

(UNIMEP – SP) A meia-vida do isótopo \(_{11}N{{a}^{23}}\) é de 15 horas. Se a quantidade inicial desse isótopo for de 10g, após 60 horas teremos:

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12

(FESP – SP) “Bomba de cobalto” é um aparelho muito utilizado na radioterapia para tratamento de pacientes, especialmente portadores de câncer. O material radioativo usado nesse aparelho é o \(_{27}C{{o}^{60}}\), com um período de meia-vida de aproximadamente 5 anos. Admita que a bomba de cobalto foi danificada e o material radioativo exposto à população. Após 25 anos a atividade desse elemento ainda se faz sentir num percentual, em relação à massa inicial, de:

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13

(ACAFE) Quanto tempo levará para a atividade do radioisótopo ¹³⁷Cs cair para 3,125% de seu valor inicial? Dado: Considere que o tempo de meia vida do radioisótopo ¹³⁷Cs seja de 30 anos.

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14

(ITA - SP) Considere as seguintes afirmações:

I. A radioatividade foi descoberta por Marie Curie.

II. A perda de uma partícula beta de um átomo de \(_{33}A{{s}^{75}}\) 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 \(_{88}R{{a}^{226}}\) a  \(_{83}B{{i}^{214}}\) envolve a perda de 3 partículas alfa  e duas partículas beta.

Das afirmações feitas estão CORRETAS

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15

(ITA - SP) Uma solução saturada em hidróxido de cálcio é representada  pela dissolução de excesso dessa substância em água na temperatura de 25° C. Considere as afirmações seguintes relativas ao que acontece nos primeiros instantes (segundos) em que dióxido de carbono marcado com carbono quatorze (¹⁴C) é borbulhado nesta mistura heterogênea:

I. Radioatividade será detectada na fase líquida.

II. Radioatividade será detectada na fase sólida.

III. O pH da fase líquida diminui.

IV. A massa de hidróxido de cálcio sólido permanece constante.

V. O sólido em contato com o líquido será uma mistura de carbonato e hidróxido de cálcio.

Das afirmações feitas, estão CORRETAS:

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16

(ENEM) A elevação da temperatura de rios, lagos e mares diminui a solubilidade de oxigênio, pondo em risco as diversas formas de vida aquática que dependem desse gás. Se essa elevação de temperatura acontece por meios artificiais, dizemos que existe poluição térmica. As usinas nucleares, pela própria natureza do processo de geração de energia, podem causar esse tipo de poluição. Que parte do ciclo de geração de energia das usinas nucleares está associada a esse tipo de poluição?

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17

(UFRJ - RJ) A tabela a seguir apresenta os tempos de meia-vida de diversos radioisótopos:

radioisótopo

Ritmo

206Tl

4min

207Tl

5min

209Pb

3horas

211Bi

2min

213Bi

47 min.

223Ra

11dias

225Ac

10dias

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18

(FAAP – SP) Sabendo que o átomo de \(_{92}{{U}^{235}}\) emite três partículas alfa e duas  partículas beta, determine o número atômico e o número de massa do átomo do elemento resultante.

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19

(UERJ - RJ) No exame da tireoide, utiliza-se o iodo 131, que é radioativo. Após 80 dias , a atividade deste elemento atinge um valor tal que não mais oferece perigo, por tornar-se igual à radioatividade do meio ambiente. Entretanto, o paciente não fica internado todo esse tempo, sendo liberado em horas, e sem se tornar uma fonte ambulante de radioatividade, pois o organismo humano elimina rápida e naturalmente, via fezes, urina e suor, o material ingerido . Assim , o paciente é liberado, mas o iodo-131 da sua urina, armazenada no depósito de rejeito hospitalar, continua seu decaimento normal até que ela possa ser liberada para o esgoto comum.

Com detector apropriado, mediu-se a atividade do iodo-131 no rejeito hospitalar, obtendo-se a tabela:

Tempo(s)

Fração radioativa sem material

 

0

1

8

1/2

16

1/4

24

1/8

32

1/16

80

1/1024

A análise da tabela permite concluir que a meia-vida do iodo-131 é, em dias, igual a :

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20

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