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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 3 (Química) do ITA 2015

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

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101\ 325\text{ N m}^{-2} = 760\text{ Torr} = 1,01325\text{ bar}
1\text{ J} = 1\text{ N m} = 1\text{ kg m}^2\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: 1\text{ bar} ; concentração das soluções = 1\text{ mol L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) = sólido . (\ell) = líquido . (g) = gás . (aq) = aquoso . (CM) = circuito metálico . (conc) = concentrado .
(ua) = unidades arbitrárias . [\text{X}] = concentração da espécie química X em \text{mol L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g.mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g.mol}^{-1})
H 1 1,01 K 19 39,10
Li 3 6,94 Ca 20 40,08
B 5 10,81 Cr 24 52,00
C 6 12,01 Mn 25 54,94
N 7 14,01 Fe 26 55,85
O 8 16,00 Zn 30 65,38
F 9 19,00 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Ag 47 107,90
P 15 30,97 Pt 78 195,08
S 16 32,07 Hg 80 200,59
Cl 17 35,45 Pu 94 238

O elemento Plutônio-238 é utilizado para a geração de eletricidade em sondas espaciais. Fundamenta-se essa utilização porque esse isótopo tem

  1. A
    longo tempo de meia-vida e é emissor de partículas beta.
  2. B
    longo tempo de meia-vida e é emissor de partículas gama.
  3. C
    longo tempo de meia-vida e é emissor de partículas alfa.
  4. D
    longo tempo de meia-vida e é emissor de partículas delta.
  5. E
    tempo de meia-vida curto e é emissor de partículas alfa.
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Resolução comentada

O Pu-238 é usado em geradores termoelétricos de radioisótopos (RTG) em sondas espaciais. Nesses aparelhos, a radiação emitida pelo núcleo é absorvida pelo próprio material e se transforma em calor, que um termopar converte em eletricidade. Para isso funcionar bem, o isótopo precisa de duas características.

  1. Meia-vida longa: o Pu-238 tem meia-vida de cerca de 88 anos, então a sonda recebe energia por décadas, sem queda rápida de potência. Um isótopo de meia-vida curta se esgotaria antes do fim da missão.

  2. Emissão de partículas alfa: a partícula \alpha (^4_2\text{He}^{2+}) é pesada e de baixo poder de penetração. Ela é totalmente freada no próprio material e deposita toda a energia como calor. Além disso, a blindagem necessária é mínima, o que deixa o gerador leve, algo essencial em sondas.

A reação é:

^{238}_{94}\text{Pu} \to {}^{234}_{92}\text{U} + {}^4_2\alpha

Os raios gama atravessam muita matéria e exigiriam blindagem pesada, e boa parte da energia escaparia sem virar calor. Partículas beta têm poder de penetração intermediário. "Partícula delta" não existe como emissão radioativa nuclear.

Portanto, o Pu-238 combina meia-vida longa e emissão alfa.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO Pu-238 não é emissor beta; seu decaimento é alfa, e a energia é aproveitada como calor.
  • BA emissão gama é muito penetrante, exigiria blindagem pesada e não é o decaimento principal do Pu-238.
  • DNão existe emissão de partículas delta em radioatividade.
  • EAcerta na emissão alfa, mas a meia-vida do Pu-238 é longa (cerca de 88 anos), não curta.

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

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Fonte: ITA 2015 · Química. Prova oficial ↗