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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 9 (Química) do ITA 2018

Química · Química: Emissões radioativas, fissão e fusão

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 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 (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} = 1{,}98\ \text{cal}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 62{,}4\ \text{mmHg}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\ \text{m}\ \text{s}^{-2}
Constante de Planck (h) = 6{,}626 \times 10^{-34}\ \text{m}^2\ \text{kg}\ \text{s}^{-1}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\ \text{s}^{-1}
Número de Euler (e) = 2{,}72

DEFINIÇÕES

Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325\ \text{bar}
Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{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}\ \text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(\text{s}) = \text{sólido}. (\ell) = \text{líquido}. (\text{g}) = \text{gás}. (\text{aq}) = \text{aquoso}. (\text{CM}) = \text{circuito metálico}. (\text{conc}) = \text{concentrado}.
(\text{ua}) = \text{unidades arbitrárias}. [\text{X}] = \text{concentração da espécie química X em 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 Cu 29 63,55
C 6 12,01 Zn 30 65,38
N 7 14,01 Br 35 79,90
O 8 16,00 Pt 78 195,08
Na 11 22,99 Pb 82 207,2
S 16 32,06 Ra 88 (não possui isótopos estáveis)
Cl 17 35,45 U 92 238,03
Ca 20 40,08

Considere as seguintes proposições:

I. Massa crítica representa a massa mínima de um nuclídeo físsil em um determinado volume necessária para manter uma reação em cadeia.

II. Reações nucleares em cadeia referem-se a processos nos quais elétrons liberados na fissão produzem nova fissão em, no mínimo, um outro núcleo.

III. Os núcleos de ^{226}\text{Ra} podem sofrer decaimentos radioativos consecutivos até atingirem a massa de 206 (chumbo), adquirindo estabilidade.

Das proposições acima, está(ão) CORRETA(S)

  1. A
    apenas I.
  2. B
    apenas II.
  3. C
    apenas III.
  4. D
    apenas I e II.
  5. E
    apenas I e III.
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Resolução comentada

Vamos avaliar cada proposição.

I. Correta. Massa crítica é a menor massa de material físsil (como ^{235}\text{U} ou ^{239}\text{Pu}), em dado volume e geometria, capaz de sustentar a reação em cadeia. Abaixo dela, muitos nêutrons escapam sem provocar novas fissões.

II. Errada. Na reação em cadeia, quem provoca a nova fissão são os nêutrons liberados na fissão, e não elétrons. Elétrons não são absorvidos pelo núcleo para induzir fissão.

III. Correta. O ^{226}\text{Ra} pertence à série do urânio-238, que termina no ^{206}\text{Pb}, estável. Conferindo a série: a massa vai de 226 a 206, uma diferença de 20 unidades. Cada decaimento \alpha reduz a massa em 4, então são 20/4 = 5 partículas \alpha. O número atômico cai de 88 para 88 - 5\cdot 2 = 78, e o chumbo tem Z = 82. Faltam 4 unidades, compensadas por 4 decaimentos \beta^- (cada um aumenta Z em 1): 78 + 4 = 82. O processo é coerente, com decaimentos consecutivos até o ^{206}\text{Pb}.

Portanto, só I e III estão corretas.

Alternativa E.

Pegadinha: A proposição II troca "nêutrons" por "elétrons", detalhe que torna a frase falsa.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AIgnora que a proposição III também está correta: o ^{226}\text{Ra} decai em série até o ^{206}\text{Pb} estável.
  • BA proposição II é falsa: quem propaga a cadeia são nêutrons, não elétrons.
  • CIgnora que a proposição I também está correta: a definição de massa crítica está certa.
  • DInclui a II, que é falsa (elétrons em vez de nêutrons), e exclui a III, que é verdadeira.

Assunto: Emissões radioativas, fissão e fusão.

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Fonte: ITA 2018 · Química. Prova oficial ↗