Questão 6 (2º dia) da 2ª fase da FUVEST 2011

Question

Em 1921, E. Rutherford e J. Chadwick relataram que, ao bombardear átomos de nitrogênio (\,^{14}_{\phantom{0}7}\ce{N}) com partículas alfa (núcleos de \,^{4}_{2}\ce{He}), ocorria a liberação de prótons. Posteriormente, eles afirmaram:

Não há informação sobre o destino final da partícula alfa... É possível que ela se ligue, de alguma maneira, ao núcleo residual. Certamente ela não é reemitida pois, se assim fosse, poderíamos detectá-la.

Anos mais tarde, P. Blackett demonstrou que, na experiência relatada por Rutherford e Chadwick, havia apenas a formação de um próton e de outro núcleo X. Também lembrou que, na colisão da partícula alfa com o átomo de nitrogênio, deveria haver conservação de massa e de carga nuclear.

a) Com base nas informações acima, escreva a equação nuclear representativa da transformação que ocorre ao se bombardear átomos de nitrogênio com partículas alfa.

b) O núcleo X formado na experiência descrita é um isótopo de nitrogênio? Explique sua resposta.

Esquema mudo da tabela periódica com uma lente de aumento circular destacando os elementos do canto superior direito: He (número atômico 2), C (6), N (7), O (8), F (9), Ne (10), Si (14), P (15), S (16), Cl (17), Ar (18), As (33), Se (34) e Br (35).

Answer 1

Questão 6 (2º dia) da 2ª fase da FUVEST 2011

2º dia · Química

Em 1921, E. Rutherford e J. Chadwick relataram que, ao bombardear átomos de nitrogênio (\,^{14}_{\phantom{0}7}\ce{N}) com partículas alfa (núcleos de \,^{4}_{2}\ce{He}), ocorria a liberação de prótons. Posteriormente, eles afirmaram:

Não há informação sobre o destino final da partícula alfa... É possível que ela se ligue, de alguma maneira, ao núcleo residual. Certamente ela não é reemitida pois, se assim fosse, poderíamos detectá-la.

Anos mais tarde, P. Blackett demonstrou que, na experiência relatada por Rutherford e Chadwick, havia apenas a formação de um próton e de outro núcleo X. Também lembrou que, na colisão da partícula alfa com o átomo de nitrogênio, deveria haver conservação de massa e de carga nuclear.

a) Com base nas informações acima, escreva a equação nuclear representativa da transformação que ocorre ao se bombardear átomos de nitrogênio com partículas alfa.

b) O núcleo X formado na experiência descrita é um isótopo de nitrogênio? Explique sua resposta.

Esquema mudo da tabela periódica com uma lente de aumento circular destacando os elementos do canto superior direito: He (número atômico 2), C (6), N (7), O (8), F (9), Ne (10), Si (14), P (15), S (16), Cl (17), Ar (18), As (33), Se (34) e Br (35).

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Resolução comentada

a) Se a partícula alfa não é reemitida e só se formam um próton e um núcleo X, ela foi incorporada ao núcleo de nitrogênio. Vale a conservação do número de massa (A) e da carga nuclear (número atômico, Z).

Reagentes: ^{14}_{7}\ce{N} e ^{4}_{2}\ce{He}, com soma A = 14 + 4 = 18 e Z = 7 + 2 = 9.

Produtos: o próton ^{1}_{1}\ce{H} e o núcleo X, com

A_X = 18 - 1 = 17
Z_X = 9 - 1 = 8

O elemento de Z = 8 é o oxigênio, como mostra a tabela. Logo, X é ^{17}_{8}\ce{O}:

^{14}_{7}\ce{N} + {}^{4}_{2}\ce{He} \longrightarrow {}^{1}_{1}\ce{H} + {}^{17}_{8}\ce{O}

Equação: ^{14}_{7}\ce{N} + {}^{4}_{2}\ce{He} \to {}^{1}_{1}\ce{H} + {}^{17}_{8}\ce{O}.

b) Isótopos são átomos do mesmo elemento, isto é, com o mesmo número atômico (mesmo número de prótons), mas com números de massa diferentes.

O nitrogênio tem Z = 7, e o núcleo X formado tem Z = 8, que é o oxigênio. Os números atômicos são diferentes, então X pertence a outro elemento químico.

Não: X é o isótopo ^{17}\ce{O} do oxigênio (Z = 8), e não do nitrogênio (Z = 7), pois isótopos têm o mesmo número atômico.

Assuntos: reações nucleares, isótopos.

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