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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 3 (Química) do ITA 2009

Química · Química: Emissões radioativas, fissão e fusão

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\ \text{C}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\ \text{s}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\ \text{V}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\ \text{L}\ (\text{CNTP})
Carga elementar = 1{,}602 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 62{,}4\ \text{mmHg}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\ \text{m}\ \text{s}^{-2}

DEFINIÇÕES
Pressão de 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 101325\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr}
1\ \text{N} = 1\ \text{kg}\ \text{m}\ \text{s}^{-2}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 760\ \text{mmHg}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}.
Condições-padrão: 25\ ^\circ\text{C}, 1\ \text{atm}, concentração das soluções: 1\ \text{mol}\ \text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies), sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) ou (c) = sólido cristalino; (l) ou (\ell) = líquido; (g) = gás; (aq) = aquoso; (graf) = grafite; (CM) = circuito metálico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrárias; [A] = concentração da espécie química A em \text{mol}\ \text{L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g}\ \text{mol}^{-1})		 Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g}\ \text{mol}^{-1})
H 1 1,01 Fe 26 55,85
He 2 4,00 Ni 28 58,69
Li 3 6,94 Cu 29 63,55
C 6 12,01 Zn 30 65,40
N 7 14,01 Ge 32 72,64
O 8 16,00 As 33 74,92
Ne 10 20,18 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Kr 36 83,80
Mg 12 24,31 Ag 47 107,87
Al 13 26,98 Cd 48 112,41
Si 14 28,09 Sn 50 118,71
S 16 32,07 I 53 126,90
Cl 17 35,45 Xe 54 131,29
Ar 18 39,95 Cs 55 132,91
K 19 39,10 Ba 56 137,33
Ca 20 40,08 Pt 78 195,08
Cr 24 52,00 Pb 82 207,2
Mn 25 54,94 Ra 86 222

Suponha que um metal alcalino terroso se desintegre radioativamente emitindo uma partícula alfa. Após três desintegrações sucessivas, em qual grupo (família) da tabela periódica deve-se encontrar o elemento resultante deste processo?

  1. A
    13 (III A)
  2. B
    14 (IV A)
  3. C
    15 (V A)
  4. D
    16 (VI A)
  5. E
    17 (VII A)
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Resolução comentada

Ao emitir uma partícula alfa (\ce{^4_2\alpha}), o núcleo perde 2 prótons e 2 nêutrons. Então o número atômico diminui 2 unidades, e o elemento "anda" duas casas para a esquerda na tabela periódica (lei de Soddy).

Um metal alcalino terroso está no grupo 2 (II A). Veja o que acontece a cada emissão:

  1. Após a 1ª emissão: Z diminui 2 unidades. Um elemento do grupo 2 passa a ter número atômico igual ao do grupo 16 do período anterior.
  2. Após a 2ª emissão: Z diminui mais 2 unidades, e o elemento vai para o grupo 14.
  3. Após a 3ª emissão: Z diminui mais 2 unidades, e o elemento vai para o grupo 12.

Mas a conta pelas colunas não basta, porque os grupos 3 a 12 são metais de transição. Por isso, o melhor caminho é usar o número atômico. Tome como exemplo o rádio (Z=88), que é alcalino terroso:

88 \to 86 \to 84 \to 82

O Z=88 é o rádio, o Z=86 é o radônio (gás nobre, grupo 18), o Z=84 é o polônio (grupo 16) e o Z=82 é o chumbo (grupo 14).

Assim, depois de três desintegrações alfa, o rádio vira chumbo, do grupo 14 (IV A).

O mesmo vale para qualquer alcalino terroso radioativo, pois a perda total é de 6 unidades em Z a partir do grupo 2 (neste período, o grupo 2 fica 6 posições acima do grupo 14 na contagem por Z).

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa D engana quem para na segunda emissão (polônio, grupo 16); quem contas só os grupos, esquecendo os metais de transição, também erra.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AErra a contagem do número atômico: o grupo 13 corresponderia a Z=81, perdendo 7 unidades, e não 6.
  • CGrupo 15 corresponderia a Z=83, que é perda de 5 unidades, não compatível com três emissões alfa.
  • DGrupo 16 (polônio, Z=84) é o resultado após apenas duas emissões alfa.
  • EGrupo 17 (astato, Z=85) não é atingido por perdas de 2 em 2 unidades a partir de Z=88.

Assuntos: Emissões radioativas, fissão e fusão, Tabela periódica.

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Fonte: ITA 2009 · Química. Prova oficial ↗