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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 7 da FUVEST 2020

1ª fase · Química: Emissões radioativas, fissão e fusão

O gás hélio disponível comercialmente pode ser gerado pelo decaimento radioativo, sobretudo do urânio, conforme esquematizado pela série de decaimento. Desde a formação da Terra, há 4,5 bilhões de anos, apenas metade do ^{238}\text{U} decaiu para a formação de \text{He}.

Esquema da série de decaimento radioativo do urânio-238 até o chumbo-206, com emissões de partículas alfa e beta em cada etapa.

Com base nessas informações e em seus conhecimentos, é correto afirmar:

  1. A
    O decaimento de um átomo de ^{238}\text{U} produz, ao final da série de decaimento, apenas um átomo de \text{He}.
  2. B
    O decaimento do ^{238}\text{U} para ^{234}\text{U} gera a mesma quantidade de \text{He} que o decaimento do ^{234}\text{U} para ^{230}\text{Th}.
  3. C
    Daqui a 4,5 bilhões de anos, a quantidade de \text{He} no planeta Terra será o dobro da atual.
  4. D
    O decaimento do ^{238}\text{U} para ^{234}\text{U} gera a mesma quantidade de \text{He} que o decaimento do ^{214}\text{Pb} para ^{214}\text{Po}.
  5. E
    A produção de \text{He} ocorre pela sequência de decaimento a partir do ^{206}\text{Pb}.
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Resolução comentada

O hélio vem das partículas alfa (\alpha = {}^4_2\text{He}). Cada emissão alfa gera um átomo de He. A emissão beta não gera hélio.

Primeiro, vamos contar as emissões alfa pela variação de massa, de ^{238}\text{U} até ^{206}\text{Pb}:

  1. Variação de massa: 238 - 206 = 32.
  2. Cada alfa leva embora 4 unidades de massa, então 32 \div 4 = 8 partículas alfa.

Logo, um átomo de ^{238}\text{U} gera 8 átomos de He ao final da série, e não apenas um. Isso elimina a (A).

Agora, etapa por etapa, pelo esquema:

  • ^{238}\text{U} \to {}^{234}\text{Th}: emite alfa (1 He).
  • ^{234}\text{U} \to {}^{230}\text{Th}: emite alfa (1 He).
  • ^{214}\text{Pb} \to {}^{214}\text{Bi}: emite beta (0 He). Note que o esquema mostra ^{214}\text{Pb} indo para ^{214}\text{Bi}, e ^{214}\text{Bi} indo para ^{214}\text{Po} por beta.

Assim, as etapas ^{238}\text{U}\to{}^{234}\text{U} (alfa + 2 betas, totalizando 1 He) e ^{234}\text{U}\to{}^{230}\text{Th} (1 He) geram a mesma quantidade de He.

Outras alternativas: na (C), metade do U decaiu em 4,5 bilhões de anos. Em mais 4,5 bilhões, decai metade do restante, isto é, só mais 1/4 do inicial, e não o mesmo tanto que já decaiu... o He não dobra. Na (E), o ^{206}\text{Pb} é o produto final, estável, e não decai.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa D engana por comparar etapas de mesma massa: ^{214}\text{Pb}\to{}^{214}\text{Po} só tem emissões beta, sem He.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ASão 8 partículas alfa na série completa (32/4), logo 8 átomos de He, não apenas um.
  • CEm mais 4,5 bilhões de anos decai só metade do U restante (1/4 do original), então o He não dobra.
  • DO decaimento ^{214}\text{Pb}\to{}^{214}\text{Po} passa só por betas e não gera He, enquanto o ^{238}\text{U}\to{}^{234}\text{U} gera um.
  • EO ^{206}\text{Pb} é o produto final estável da série; o He é produzido a partir do U.

Assuntos: Emissões radioativas, fissão e fusão, Meia-vida e datação radioativa.

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