Questões Vestibulares 2023
No vestibular, as questões relacionadas à radioatividade podem abordar desde conceitos básicos como o decaimento radioativo e as leis que regem esse processo, até aplicações práticas como a utilização de radionuclídeos em medicina e na indústria.
Além disso, o estudo da radioatividade está diretamente relacionado a outras áreas do conhecimento, como a Física Nuclear, que estuda a estrutura dos núcleos atômicos e suas propriedades, e a Química Nuclear, que trata da formação e transformação de núcleos atômicos através de reações nucleares.
Portanto, o conhecimento sobre a radioatividade é fundamental para os vestibulandos que desejam ingressar em cursos de graduação que envolvam essas áreas do conhecimento, permitindo um entendimento mais profundo dos fenômenos naturais e tecnológicos que envolvem a utilização da radiação ionizante. Além disso, é importante destacar que a radioatividade está presente em diversos aspectos da nossa vida cotidiana, desde a medicina até a produção de energia elétrica, o que torna esse tema relevante e atual.
Radioatividade nos vestibulares e ENEM nos últimos três anos (2023-2021)
Os vestibulares costumam abordar também os aspectos históricos da descoberta da radioatividade, bem como as aplicações tecnológicas e os impactos ambientais e sociais decorrentes da sua utilização. Por isso, é importante que os estudantes estejam familiarizados com as diferentes fontes de informação sobre o tema, como livros didáticos, artigos científicos e documentários.
1. (Ufsc 2023)
Devido a uma série de eventos recentes, o mundo vive à sombra de um pesadelo nuclear resultado da invasão russa na Ucrânia, iniciada em 24 de fevereiro de 2022. A usina nuclear de Zaporizhzhia, a maior da Europa, localizada na região de Oblast, na Ucrânia, foi alvo de bombardeios e se encontra, atualmente, ocupada por tropas russas. A situação traz preocupação e a recordação de um acidente ocorrido em 26 de abril de 1986. Nesse dia, na usina nuclear de Chernobyl, localizada próximo à cidade de Pripyat, na Ucrânia, ocorreu a explosão do reator nº 4 durante um teste de segurança, o que resultou na liberação de grande quantidade de material radioativo na atmosfera. Estima-se que 63% desse material radioativo tenham atingido Ucrânia, Bielorrússia e Rússia. Outros países, como a Irlanda, também registraram precipitação de chuva radioativa.
Disponível em: https://www.bbc.com/portuguese/internacional-62821065 . [Adaptado]. Acesso em: 6 out. 2022.
Como funciona uma usina nuclear?
Usinas nucleares, como a de Zaporizhzhia, são usadas em diversos países para a produção de energia elétrica. Uma usina nuclear típica é formada por um reator nuclear, no qual cilindros contendo urânio são mergulhados em um tanque com água. Os átomos de urânio são bombardeados com nêutrons, dividem-se e, nesse processo, liberam energia, que é usada para aquecer a água localizada em outro compartimento e convertê-la em vapor. O vapor de água é então pressurizado e direcionado para as turbinas, cujo movimento produz eletricidade com o auxílio de um gerador. O processo está representado na figura abaixo.
Disponível em: http://www.virginiaplaces.org/energy/nuclearpower.html [Adaptado]. Acesso em: 13 out. 2022.
Os dois isótopos mais abundantes de urânio possuem massas atômicas 235 e 238, com abundâncias naturais de 0,72% e 99,27%, respectivamente. O isótopo 235U é essencial para a operação de usinas nucleares. Um reator nuclear consome cerca de 27 toneladas (1 t = 1.000 kg) de urânio anualmente e produz a mesma quantidade de energia proveniente da queima de 2,5 milhões de toneladas de carvão mineral. Todavia, usinas nucleares produzem resíduos radioativos que demandam condições especiais de estocagem. Um dos subprodutos do processamento de combustível nuclear é o césio-137 (55Cs137). Esse isótopo, com meia-vida de aproximadamente 30 anos, decai para formar o bário-137 (56Ba137), que por sua vez decai com a emissão de um fóton.
Com base nessas informações, forneça respostas concisas para as questões que seguem.
a) Qual é a sequência das transformações de energia que ocorrem na usina nuclear?
b) Qual é o tempo necessário para que uma determinada quantidade de césio-137 decaia para 1/16 (6,25%) de sua quantidade inicial? Justifique a sua resposta.
c) Qual é o tipo de decaimento (alfa, beta ou gama) do césio-137 em sua transformação em bário-137? Justifique a sua resposta.
d) Classifique a transformação 235U + n — > 144Ba + 90 Kr + 2n como fusão ou fissão nuclear. Justifique a sua resposta.
e) Explique, considerando partículas subatômicas, o que diferencia transformações nucleares de reações que envolvem ligações químicas.
f) Calcule, considerando a abundância isotópica natural, a massa de 235U presente em 1,5 t de um minério que contém urânio em uma concentração total de 0,10%, em massa.
2. (Fuvest 2023)
Uma das apostas para a produção de energia limpa, sem emissão de gases de efeito estufa e sem geração de resíduos radioativos, é a fusão nuclear, como a que ocorre nas estrelas. Em laboratório, são utilizados os isótopos de hidrogênio deutério (1H2) e trítio (1H3), que, dentro de um intenso campo magnético, são aquecidos a 150 milhões de graus Celsius. Nessas condições, (1H2) e (1H3) fundem-se formando (2He4) e um outro subproduto, além de liberar uma grande quantidade de energia.
Com base nessas informações, assinale a alternativa que traz as informações corretas sobre qual é o subproduto formado e sobre a variação de entalpia desse processo.
a) Próton; ∆H < 0
b) Próton; ∆H > 0
c) Nêutron; ∆H < 0
d) Nêutron; ∆H > 0
e) Elétron; ∆H < 0
3. (Ufsc 2023)
Temperaturas recordes na Europa estão ligadas às mudanças climáticas
As temperaturas superiores a 40 °C registradas na Europa Ocidental no início desta semana estão sendo atribuídas às mudanças climáticas, segundo avaliaram instituições especializadas em meteorologia, incluindo a Organização Meteorológica Mundial (OMM), parte das Nações Unidas. No Reino Unido, onde foi registrado um recorde climático nesta terça-feira (19), um estudo recente mostrou que as chances de ver temperaturas maiores do que 40 °C podem ser até 10 vezes mais prováveis no clima atual do que sob um “clima natural não afetado pela influência humana”. Em uma mensagem de vídeo gravada para uma reunião sobre o clima esta semana, o secretário-geral da ONU, António Guterres, disse que metade da humanidade já está sofrendo com inundações, secas, tempestades e incêndios florestais oriundos das condições extremas e pediu para que os países parem de jogar a culpa uns nos outros e assumam a responsabilidade pelo futuro coletivo.
NAÇÕES UNIDAS BRASIL. Temperaturas recordes na Europa estão ligadas às mudanças climáticas. 19 jul. 2022. Disponível em: https://brasil.un.org/pt-br/191008-temperaturas-recordes-na-europa-estao-ligadas-mudancas-climaticas. Acesso em: 28 ago. 2022.
As mudanças climáticas globais, nas últimas décadas, têm tomado importância crescente na agenda de debates nos círculos científicos, em organismos internacionais e nos meios de comunicação. Sobre essa temática, é correto afirmar que:
01) recentemente, os cientistas passaram a utilizar isótopos de carbono para determinar com mais precisão o CO2 atmosférico emitido por combustíveis fósseis.
02) vários registros mostram que as flutuações na temperatura superficial média da Terra estão correlacionadas com flutuações na concentração de CO2 na atmosfera.
04) a contribuição de cada gás de efeito estufa para o aquecimento da atmosfera varia em função dos comprimentos de onda de energia que o gás absorve e do tempo de residência do gás – o tempo em que ele fica na atmosfera.
08) o aquecimento global é um fenômeno de aumento das médias de temperaturas atmosféricas e não se reflete em aumento das temperaturas oceânicas.
16) ainda há considerável controvérsia em torno do tema: discute-se se a mudança climática realmente está ocorrendo e se sua causa é antropogênica.
32) entre os principais gases responsáveis pelo efeito estufa na atmosfera estão o nitrogênio (N2), o ozônio (O3), o hélio (He) e o hidrogênio (H).
4. (Fcmscsp 2023)
Uma das teorias que explicam a origem dos elementos químicos em processos estelares apresenta reações que envolvem fusão nuclear entre isótopos dos elementos leves.
Uma dessas reações é a da formação do isótopo lítio-7 representada na equação a seguir.
X + 2He4 — > 3Li7 + gama
Nessa reação, o nuclídeo representado por X tem número de prótons igual a __________ e quantidade de nêutrons igual a __________.
As lacunas do texto são preenchidas, respectivamente, por
a) 1 e 3.
b) 1 e 1.
c) 2 e 3.
d) 2 e 1.
e) 1 e 2.
5. (Upf 2023)
As autoridades de vigilância sanitária e de segurança alimentar de 37 países já aprovaram a irradiação de 40 tipos distintos de alimentos, os quais englobam especiarias, grãos, carnes, frutos e legumes, sendo que 24 desses países utilizam-na para fins comerciais. Na preservação de alimentos, a irradiação tem se mostrado como uma ferramenta eficaz para aumentar significativamente a vida útil dos alimentos, reduzir perdas, garantir a segurança alimentar e aumentar a oferta do alimento ao consumidor. A irradiação elimina (ou inativa) larvas de insetos, parasitas, fungos e bactérias presentes nos alimentos, os quais poderiam transmitir doenças. Além disso, ela permite inibir ou retardar alguns processos fisiológicos, como o brotamento e o amadurecimento. Por sua eficácia e segurança, o processo também é recomendado sem restrições pela OMS (Organização Mundial de Saúde) e pela FAO (Organização para Alimentos e Agricultura das Nações Unidas).
(Fonte: https://www.embrapa.br/agencia-de-informacao-tecnologica/tematicas/tecnologia-de-alimentos/processos/tipos-de-processos/irradiacao Acesso em 22 set. 2022)
O cobalto-60, utilizado em irradiação de alimentos, ao emitir uma partícula beta transforma-se em:
Dados: Fe (Z = 26); Co (Z = 27); Ni (Z = 28).
a) Co-61
b) Ni-61
c) Ni-60
d) Co-59
e) Fe-60
6. (Ufpr 2023)
O isótopo ítrio-90, de número atômico Z = 39 e número de massa A = 90, é produzido a partir do isótopo A, que é um subproduto de reatores nucleares. O núcleo de A decai radioativamente por emissão de partícula beta e transforma-se no ítrio-90 que, por sua vez, emite uma radiação beta adequada para tratar certos tipos de câncer. Após o decaimento beta, o ítrio-90 transforma-se no isótopo B, que não é radioativo. Considerando as informações apresentadas, os valores corretos de número atômico (Z) e número de massa (A) dos isótopos A e B são, respectivamente:
Dados: Rb (Z = 37); Sr (Z = 38); Y (Z = 39); Zr (Z = 40); Nb (Z = 41).
a) Z = 37 e A = 90; Z = 41 e A = 90.
b) Z = 38 e A = 90; Z = 40 e A = 90.
c) Z = 39 e A = 89; Z = 39 e A = 91.
d) Z = 40 e A = 91; Z = 38 e A = 89.
e) Z = 41 e A = 94; Z = 37 e A = 86.
7. (Uece 2023)
A desintegração radioativa que ocorre observando as leis de Frederic Soddy (1877 – 1956) e Kasimierz Fajans (1887 – 1975), iniciando com 92U235 e finalizando em 82Pb207, emite
a) 7 partículas alfa e 4 partículas beta.
b) 8 partículas alfa e 7 partículas beta.
c) 7 partículas alfa e 2 partículas beta.
d) 8 partículas alfa e 4 partículas beta.
Gabarito – Vestibulares 2023
Questão 1: a.Energia térmica –> Energia mecânica –> Energia elétrica
b. Tempo 120 anos
c. beta
d. A transformação descrita é uma fissão nuclear, pois um nêutron (n) “bombardeia” o urânio-235 que é transformado em dois outros elementos químicos ou núcleos (Ba – Bário e Kr – Criptônio) e dois outros nêutrons, além de liberar imensa quantidade de energia.
e.Nas transformações nucleares, partículas existentes nos núcleos atômicos são liberadas e/ou transformadas, por exemplo, prótons e nêutrons. Já, nas ligações químicas, partículas extranucleares como elétrons de valência, estão envolvidas.
f. 10,8g
Questão 2: [C]
Questão 3: 01 + 02 + 04 +16 = 23
Questão 4: [E]
Questão 5: [C]
Questão 6: [B]
Questão 7: [A]
Vamos resolver alguns exercícios dissertativos!
1. O que é radioatividade? Quem a descobriu? Como foi descoberta?
Radioatividade é um processo natural ou induzido em que átomos instáveis apresentam atividade de emissão de radiações. Essas radiações podem ser principalmente as partículas alfa, partículas beta e raios gama.
A radioatividade foi percebida por Henri Bequerel (1852-1908) ao guardar filmes fotográficos junto a amostras de minério de urânio em uma gaveta fechada. Os filmes fotográficos ficaram manchados sem o contato direto do minério, semelhante aos estudos de Raios-X.
2. Explique o papel de Marie Curie na descoberta da radioatividade.
O casal Curie, Pierre Curie (1859 -1906) e Marie Curie (1867-1934) executaram vários estudos para evidenciar o processo da radioatividade do urânio, assim descoberto os novos elementos químicos polônio e rádio. A pesquisa de Marie Curie em 1898, constatou haver um componente radioativo mais ativo que o urânio em seus minerais naturais. Assim, durante três anos foram triturados o minério de urânio chamado pechblenda ou uranita (UO2) e, em 1902, isolaram o rádio, que era 2 milhões de vezes mais radioativo que o urânio; e o polônio, em homenagem à Polônia, terra natal de Madame Curie.
3. O que é uma partícula alfa? O que acontece com o número de massa e o número atômico de um isótopo que emite uma partícula alfa?
Uma partícula alfa é uma emissão com dois prótons e dois nêutrons de um núcleo atômico, logo ocorre a perda em massa de quatro (4) unidades e perda de duas (2) cargas. Tal como o exemplo:
4. O que é uma partícula beta? O que acontece com o número de massa e o número atômico de um isótopo que emite uma partícula beta?
Uma partícula beta é uma emissão de um elétron do núcleo, ocasionado pela decomposição de um nêutron em próton, elétrons e neutrino, portanto, a emissão de um beta transforma um nêutron em prótons e por consequência ocorre um aumento da carga nuclear, sem alterar à massa atômica.
5. O que é um raio gama? O que acontece com o número de massa e o número atômico de um isótopo que emite um raio gama?
Os raios gama são ondas eletromagnéticas que podem ser medida por comprimento de onda (λ) e que possuem uma energia bem alta, como as ondas eletromagnéticas não possuem massa e nem carga, logo não alteram a carga nuclear e nem a massa atômica.
6. Escreva uma equação nuclear para o decaimento indicado para cada nuclídeo:
7. Escreva uma série de decaimento parcial para o Tório-232 sofrendo os decaimentos, sequenciais: α, β, β, α. Dado: Tório Z = 90.
8. Preencha as partículas que estão faltando em cada equação nuclear vista a seguir.
9. Escreva a reação nuclear para a fissão induzida por nêutrons do U-235 para formar Xe-144 e Sr-90. Quantos nêutrons são produzidos na reação?
10. Escreva a equação nuclear para a fusão de dois átomos de H-2 para formar He-3 e um nêutron.
11. Um reator nuclear regenerador é um reator em que o U-238 não físsil é convertido em Pu-239 físsil. O processo envolve o bombardeio do U-238 por nêutrons para formar U-239, que sofre então dois decaimentos betas sequenciais. Escreva as equações nucleares para esse processo.
12. Se 1,0 g de matéria é convertida em energia, quanta energia é produzida?
Sugestão de filme / série
TRÊS DIAS QUE MUDARAM TUDO – NETFLIX
https://www.netflix.com/br/title/81233755
REAÇÃO NUCLEAR – NETFLIX
https://www.netflix.com/br/title/81198239
RADIOACTIVE – NETFLIX
https://www.netflix.com/br/title/81168940
Chernobyl-HBO
TESTE – Questões formativas (1/3)
Questão 1 – Radioatividade – decaimento
Quanto tempo levará para a atividade do radioisótopo 137Cs cair para 3,125% de seu valor inicial?
Dado: Considere que o tempo de meia vida do radioisótopo 137Cs seja de 30 anos.
a) 150 anos
b) 0,93 anos
c) 180 anos
d) 29 anos
Questão 2 – Radioatividade – decaimento
Pesquisas na área nuclear são desenvolvidas no Brasil desde a década de 1960 e as reservas de urânio existentes permitem que o nosso país seja autossuficiente em combustível nuclear. A produção de energia em um reator nuclear ocorre através da reação, por exemplo, entre um núcleo de urânio-235 e um nêutron com energia adequada. Desta reação são formados, com maior probabilidade, os nuclídeos criptônio-92 e bário-142, além de três nêutrons que permitem que a reação prossiga em cadeia.
O urânio-235 ocorre na natureza e decai em várias etapas, através de transmutações sucessivas e formação de vários radionuclídeos intermediários, com meias-vidas que variam de fração de segundos a séculos, e com emissão de radiação em cada etapa. Este processo recebe o nome de série radioativa do urânio-235. Esta série termina com a formação do isótopo estável de chumbo-207, gerado na última etapa, a partir do decaimento por emissão de partícula alfa de um elemento radioativo com meia-vida de 5 x 10–3 segundos.
Para que a atividade do nuclídeo gerador do chumbo-207 diminua para 6,25% de seu valor inicial, são necessários que transcorram, em segundos,
a) 1 x 10–3.
b) 2 x 10–2.
c) 2 x 10–3.
d) 5 x 10–2.
e) 5 x 10–3.
Questão 3 – Radioatividade – decaimento
O Cobalto 60 é um emissor gama, com meia vida longa (5 anos) e boa penetração tecidual. Sua alta energia torna difícil o bloqueio de sua radiação para as estruturas oculares normais e para a equipe cirúrgica. Por ser parte integrante do aplicador ocular, possibilita a reutilização da mesma placa inúmeras vezes, diminuindo os custos do tratamento de branquiterapia.
CHOJNIAK, Martha Motono; ERWENNE, Clelia Maria. Braquiterapia com Cobalto 60 para o
tratamento do melanoma da úvea: análise dos fatores prognósticos para melhor resposta local. Arquivos Brasileiros de Oftalmologia, v. 65, p. 199-206, 2002.
A partir dos dados acima, qual o tempo necessário para diminuir a emissão dessa radiação para 3,125% da intensidade inicial?
a) 30 anos.
b) 25 anos.
c) 20 anos.
d) 15 anos.
e) 10 anos.
Respostas:
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