22.14.21: Capítulo 21

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(a) sódio-24; (b) alumínio-29; (c) cripton-73; (d) irídio-194

(uma) $_{14}^{34} Si;$ (b) $_{15}^{36} P;$ (c) $_{25}^{57} Mn;$ (d) $_{56}^{121} Ba$

(uma) $_{25}^{45} {Mn}^{+1};$ (b) $_{45}^{69} {Rh}^{+2};$ (c) $_{53}^{142} {EU}^{−1};$ (d) $_{97}^{243} Bk$

As reações nucleares geralmente transformam um tipo de núcleo em outro; mudanças químicas reorganizam os átomos. As reações nucleares envolvem energias muito maiores do que as reações químicas e têm mudanças de massa mensuráveis.

(a), (b), (c), (d) e (e)

11.

(a) Um nucleon é qualquer partícula contida no núcleo do átomo, portanto, pode se referir a prótons e nêutrons. (b) Uma partícula α é um produto da radioatividade natural e é o núcleo de um átomo de hélio. (c) Uma partícula β é um produto da radioatividade natural e é um elétron de alta velocidade. (d) Um pósitron é uma partícula com a mesma massa de um elétron, mas com carga positiva. (e) Os raios gama compõem radiação eletromagnética de alta energia e comprimento de onda curto. (f) Nuclídeo é um termo usado quando se refere a um único tipo de núcleo. (g) O número de massa é a soma do número de prótons e do número de nêutrons em um elemento. (h) O número atômico é o número de prótons no núcleo de um elemento.

13.

(uma) $_{13}^{27} Al +_{2}^{4} Ele ⟶_{15}^{30} P +_{0}^{1} n;$ (b) $_{94}^{239} Pu +_{2}^{4} Ele ⟶_{96}^{242} Cm +_{0}^{1} n;$ (c) $_{7}^{14} N +_{2}^{4} Ele ⟶_{8}^{17} O +_{1}^{1} H;$ (d) $_{92}^{235} U ⟶_{37}^{96} Rb +_{55}^{135} Cs + 4_{0}^{1} n$

15.

(uma) $_{7}^{14} N +_{2}^{4} Ele ⟶_{8}^{17} O +_{1}^{1} H;$ (b) $_{7}^{14} C +_{0}^{1} n ⟶_{6}^{14} C +_{1}^{1} H;$ (c) $_{90}^{232} O +_{0}^{1} n ⟶_{90}^{233} O;$ (d) $_{92}^{238} U +_{1}^{2} H ⟶_{92}^{239} U +_{1}^{1} H$

17.

(a) 148,8 MeV por átomo; (b) 7,808 MeV/núcleo

19.

α (núcleos de hélio), β (elétrons), β ⁺ (pósitrons) e η (nêutrons) podem ser emitidos por um elemento radioativo, todos partículas; raios γ também podem ser emitidos.

21.

(a) conversão de um nêutron em próton: $_{0}^{1} n ⟶_{1}^{1} p +_{+1}^{0} e;$ (b) conversão de um próton em nêutron; o pósitron tem a mesma massa de um elétron e a mesma magnitude de carga positiva que o elétron tem carga negativa; quando a razão n:p de um núcleo é muito baixa, um próton é convertido em nêutron com a emissão de um pósitron: $_{1}^{1} p ⟶_{0}^{1} n +_{+1}^{0} e;$ (c) Em um núcleo rico em prótons, um elétron atômico interno pode ser absorvido. Na forma mais simples, isso transforma um próton em um nêutron: $_{1}^{1} p +_{-1}^{0} e ⟶_{0}^{1} p$

23.

O elétron puxado para o núcleo foi provavelmente encontrado no orbital de 1 s. Quando um elétron cai de um nível de energia mais alto para substituí-lo, a diferença na energia do elétron substituto em seus dois níveis de energia é emitida como um raio-X.

25.

O manganês-51 tem maior probabilidade de se decompor por emissão de pósitrons. A relação n:p para Cr-53 é $\frac{29}{24}$ = 1,21; para Mn-51, é $\frac{26}{25}$ = 1,04; para Fe-59, é $\frac{33}{26}$ = 1,27. O decaimento do pósitron ocorre quando a relação n:p é baixa. O Mn-51 tem a menor relação n:p e, portanto, é mais provável que decaia pela emissão de pósitrons. Além disso, $_{24}^{53} Cr$ é um isótopo estável, e $_{26}^{59} Fe$ decai por emissão beta.

27.

(a) decaimento β; (b) decaimento α; (c) emissão de pósitrons; (d) decaimento β; (e) decaimento α

29.

$_{92}^{238} U ⟶_{90}^{234} O +_{2}^{4} Ele;$ $_{90}^{234} O ⟶_{91}^{234} Pa +_{-1}^{0} e;$ $_{91}^{234} Pa ⟶_{92}^{234} U +_{-1}^{0} e;$ $_{92}^{234} U ⟶_{90}^{230} O +_{2}^{4} Ele$ $_{90}^{230} O ⟶_{88}^{226} Ra +_{2}^{4} Ele$ $_{88}^{226} Ra ⟶_{86}^{222} Corra +_{2}^{4} Ele;$ $_{86}^{222} Corra ⟶_{84}^{218} Po +_{2}^{4} Ele$

31.

A meia-vida é o tempo necessário para a decomposição da metade dos átomos de uma amostra. Exemplo (as respostas podem variar): Para o C-14, a meia-vida é de 5770 anos. Uma amostra de 10 g de C-14 conteria 5 g de C-14 após 5770 anos; uma amostra de 0,20 g de C-14 conteria 0,10 g após 5770 anos.

33.

${(\frac{1}{2})}^{0,04} = 0,973$ ou 97,3%

35.

2 $\times$ 10 ^{x 3} g

37.

0,12 h ^—1

39.

(a) 3,8 bilhões de anos; (b) A rocha seria mais jovem do que a idade calculada na parte (a). Se Sr estivesse originalmente na rocha, a quantidade produzida pelo decaimento radioativo seria igual à quantidade atual menos a quantidade inicial. Como essa quantidade seria menor do que a quantidade usada para calcular a idade da rocha e a idade é proporcional à quantidade de Sr, a rocha seria mais jovem.

41.

c = 0; Isso mostra que nenhum Pu-239 poderia permanecer desde a formação da Terra. Consequentemente, o plutônio agora presente não poderia ter sido formado com o urânio.

43.

17,5 MeV

45.

(uma) $_{83}^{212} Bi ⟶_{84}^{212} Po +_{-1}^{0} e;$ (b) $_{5}^{8} B ⟶_{4}^{8} B e +_{-1}^{0} e;$ (c) $_{92}^{238} U +_{0}^{1} n ⟶_{93}^{239} Não +_{-1}^{0} N p,$ $_{93}^{239} Não ⟶_{94}^{239} Pu +_{-1}^{0} e;$ (d) $_{38}^{90} Sr ⟶_{39}^{90} Y +_{-1}^{0} e$

47.

(uma) $_{95}^{241} Sou +_{2}^{4} Ele ⟶_{97}^{244} Bk +_{0}^{1} n;$ (b) $_{94}^{239} Pu + 15_{0}^{1} n ⟶_{100}^{254} Fm + 6_{−1}^{0} e;$ (c) $_{98}^{250} Cf +_{5}^{11} B ⟶_{103}^{257} Lr + 4_{0}^{1} n;$ (d) $_{98}^{249} Cf +_{7}^{15} N ⟶_{105}^{260} DB + 4_{0}^{1} n$

49.

Dois núcleos devem colidir para que a fusão ocorra. Altas temperaturas são necessárias para dar aos núcleos energia cinética suficiente para superar a repulsão muito forte resultante de suas cargas positivas.

51.

Um reator nuclear consiste no seguinte:

Um combustível nuclear. Um isótopo fissionável deve estar presente em quantidades grandes o suficiente para sustentar uma reação em cadeia controlada. O isótopo radioativo está contido em tubos chamados barras de combustível.
Um moderador. Um moderador retarda os nêutrons produzidos por reações nucleares para que possam ser absorvidos pelo combustível e causar reações nucleares adicionais.
Um refrigerante. O refrigerante transporta o calor da reação de fissão para uma caldeira externa e turbina, onde é transformado em eletricidade.
Um sistema de controle. O sistema de controle consiste em barras de controle colocadas entre as barras de combustível para absorver nêutrons e é usado para ajustar o número de nêutrons e manter a taxa de reação em cadeia em um nível seguro.
Um escudo e sistema de contenção. A função desse componente é proteger os trabalhadores da radiação produzida pelas reações nucleares e suportar as altas pressões resultantes das reações de alta temperatura.

53.

A fissão do urânio gera calor, que é transportado para um gerador de vapor externo (caldeira). O vapor resultante transforma uma turbina que alimenta um gerador elétrico.

55.

^{A introdução de Ag ⁺ radioativo ou Cl radioativo na solução contendo a reação declarada, com o tempo subsequente dado para o equilíbrio, produzirá um precipitado radioativo originalmente desprovido de radiação.}

57.

(uma) $_{53}^{133} EU ⟶_{54}^{133} Xe +_{−1}^{0} e;$ (b) 37,6 dias

59.

As partículas alfa podem ser interrompidas por uma blindagem muito fina, mas têm um potencial ionizante muito mais forte do que partículas beta, raios-X e raios γ. Quando inalado, não há pele protetora cobrindo as células dos pulmões, possibilitando danificar o DNA dessas células e causar câncer.

61.

(a) 7,64 $\times$ 10 ⁹ Bq; (b) 2,06 $\times$ 10 ⁻² Ci