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Questão 97 do ENEM 2022

2º dia · Ciências da Natureza · H26 · Química: Separação de misturas

O urânio é empregado como fonte de energia em reatores nucleares. Para tanto, o seu mineral deve ser refinado, convertido a hexafluoreto de urânio e posteriormente enriquecido, para aumentar de 0,7% a 3% a abundância de um isótopo específico — o urânio-235. Uma das formas de enriquecimento utiliza a pequena diferença de massa entre os hexafluoretos de urânio-235 e de urânio-238 para separá-los por efusão, precedida pela vaporização. Esses vapores devem efundir repetidamente milhares de vezes através de barreiras porosas formadas por telas com grande número de pequenos orifícios. No entanto, devido à complexidade e à grande quantidade de energia envolvida, cientistas e engenheiros continuam a pesquisar procedimentos alternativos de enriquecimento.

ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2006 (adaptado).

Considerando a diferença de massa mencionada entre os dois isótopos, que tipo de procedimento alternativo ao da efusão pode ser empregado para tal finalidade?

  1. A
    Peneiração.
  2. B
    Centrifugação.
  3. C
    Extração por solvente.
  4. D
    Destilação fracionada.
  5. E
    Separação magnética.
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Resolução comentada

O enriquecimento separa dois compostos quase idênticos: \ce{^{235}UF6} e \ce{^{238}UF6}. Os dois têm as mesmas propriedades químicas, pois os isótopos diferem apenas no número de nêutrons. A única diferença útil é a massa, algo em torno de 1% (352 u contra 349 u).

Na efusão, as moléculas mais leves atravessam os pequenos orifícios com velocidade maior, e é isso que permite separá-las. O procedimento alternativo deve, portanto, também explorar a diferença de massa.

Analisando as opções:

  1. Peneiração separa sólidos pelo tamanho das partículas, e aqui se trata de gases de tamanho praticamente igual.
  2. Extração por solvente depende de solubilidade, propriedade química que os isótopos compartilham.
  3. Destilação fracionada depende da diferença de ponto de ebulição, praticamente igual nos dois compostos.
  4. Separação magnética depende de propriedades magnéticas, também iguais.
  5. Centrifugação submete a mistura a rotação intensa: as moléculas mais pesadas (\ce{^{238}UF6}) são jogadas mais para a periferia, e as mais leves ficam mais perto do eixo. Ela se baseia justamente na diferença de massa, e é a ultracentrífuga usada no enriquecimento de urânio.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AA peneiração separa sólidos por tamanho de partícula, e as moléculas de UF6 têm tamanho praticamente igual.
  • CA extração por solvente se baseia na solubilidade, que é igual para os dois isótopos por terem o mesmo comportamento químico.
  • DA destilação fracionada usa diferença de ponto de ebulição, praticamente idêntico para os dois hexafluoretos.
  • EA separação magnética exige propriedade magnética distinta, que os dois compostos não têm; não usa a massa.

Assunto: Separação de misturas.

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