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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 23 (2º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2005

2º dia · Química: Estrutura do átomo, íons e isótopos

Leia as informações contidas no quadro, a seguir:

Infográfico com o título "Confira como funciona uma das etapas exigidas para a fabricação da bomba atômica e centro da polêmica Brasil-EUA", dividido em duas colunas. À esquerda, a composição isotópica do urânio natural em gráfico de setores (99,3% de U-238, 0,7% de U-235 e <0,01% de outros isótopos) e a representação esquemática da concentração de U-235 no urânio natural e enriquecido. À direita, o esquema de enriquecimento por centrífuga a gás, ilustrando um cilindro giratório e as cinco etapas do processo de separação isotópica.

O POPULAR, Goiânia, 23 de out. 2004, p. 23. [Adaptado].

a) Determine a massa atômica do urânio, na amostra natural e na amostra enriquecida a 5%. Considere apenas os isótopos 235 e 238. (2,5 pontos)

b) Explique como, no “processo de separação”, o urânio 238 é enriquecido em urânio 235. (2,5 pontos)

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Resolução comentada

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a) A massa atômica de um elemento é a média ponderada das massas dos isótopos, usando a abundância de cada um como peso. Aqui só se consideram o U-235 e o U-238.

Urânio natural (99,3% de U-238 e 0,7% de U-235):

M = 0{,}993\cdot 238 + 0{,}007\cdot 235 = 236{,}334 + 1{,}645 \approx 237{,}98\ \text{u}

Urânio enriquecido a 5% (5% de U-235 e 95% de U-238):

M = 0{,}95\cdot 238 + 0{,}05\cdot 235 = 226{,}10 + 11{,}75 = 237{,}85\ \text{u}

A massa atômica diminui um pouco no urânio enriquecido, porque há mais isótopo leve.

Massa atômica: natural \approx 237{,}98\ \text{u}; enriquecido a 5%: 237{,}85\ \text{u}.

b) O urânio é convertido em hexafluoreto de urânio, \ce{UF6}, que é gasoso e permite a separação. As moléculas \ce{^{238}UF6} e \ce{^{235}UF6} têm massas muito próximas (cerca de 352 e 349 u), mas diferentes.

O gás alimenta o cilindro, que gira em alta velocidade. Por causa da rotação, as moléculas mais pesadas, de \ce{^{238}UF6}, são lançadas para a parede do cilindro. As mais leves, de \ce{^{235}UF6}, ficam mais concentradas na região central, perto do eixo.

O gás retirado do centro fica levemente enriquecido em U-235 e segue para o estágio seguinte. O gás da periferia, levemente empobrecido em U-235, volta para o estágio inicial. Como a diferença de massa é pequena, o enriquecimento por estágio é pequeno. Por isso o processo se repete em muitas centrífugas em série (cascata) até chegar a 3% a 5% de U-235.

O enriquecimento ocorre porque a centrifugação do \ce{UF6} gasoso leva o isótopo mais pesado (U-238) para a periferia e concentra o mais leve (U-235) no centro. O gás central é retirado e repassado a novos estágios.

Assuntos: Estrutura do átomo, íons e isótopos, Separação de misturas.

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Ver como caiu na prova Questão 23 no caderno Grupo 1 da 2ª etapa da UFG 2005

Fonte: UFG 2ª etapa 2005 · 2º dia · Grupo 1. Prova oficial ↗