ONC · Química

Questões de Radioatividade da ONC

4 questões oficiais da ONC sobre Radioatividade, de 2016 a 2024, com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 1 fácil, 2 médias, 1 difícil.

Treine Radioatividade com 4 questões da ONC

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4 questões de Radioatividade resolvidas

Questão 1 · ONC 2024 · 3º ano do ensino médio · Questão 18média

A maioria das usinas termonucleares usa o dióxido de urânio enriquecido de até 5% como combustível nuclear. No reator nuclear, apenas as moléculas com urânio-235 participam do processo que gera calor. A equação abaixo descreve esse processo.

A animação abaixo mostra um reator nuclear (bloco luminoso) em funcionamento que utiliza o dióxido de urânio como combustível. O reator fica imerso em água pesada altamente pressurizada, tornando-a incapaz de entrar em ebulição, mesmo a uma temperatura acima de 300 °C.

Fonte: Equipe ONC.

Assinale a opção que identifica o que ocorre durante o funcionamento desse reator nuclear.

A
As bolhas que aparecem na animação contém criptônio e oxigênio.
B
A água vira vapor junto ao reator devido à alta temperatura.
C
O processo descrito pela equação do enunciado é o da fusão nuclear.
D
Uma pequena quantidade de todo dióxido de urânio não sofre o processo descrito.
E
A equação apresentada no enunciado descreve uma reação química.

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Gabarito: A (elaborado pelo Treinamento 101)

A equação do enunciado mostra o urânio-235 do UO₂ sendo bombardeado por nêutrons e se partindo em núcleos menores (criptônio e bário), com liberação de mais nêutrons e de muito calor. Pela equação, os produtos gasosos são o criptônio (Kr) e o oxigênio (O₂). As bolhas que aparecem no reator correspondem a esses gases.

Por que as outras erram:

B: a água pesada está sob alta pressão e, como diz o texto, não ferve, mesmo acima de 300 °C.
C: núcleo pesado se partindo é fissão, não fusão.
D: o combustível tem no máximo 5% de urânio-235. A maior parte (cerca de 95%, o urânio-238) não sofre esse processo; não é uma "pequena quantidade".
E: a equação muda os núcleos (urânio vira criptônio e bário): é uma reação nuclear, não química.

Resposta: A

Dica: se os elementos mudam (o núcleo muda), a reação é nuclear; numa reação química, os átomos só se reorganizam.

Questão 2 · ONC 2019 · 3º ano do ensino médio · Questão 14média

O estrôncio é encontrado em todas as rochas ígneas (aquelas que correspondem ao resultado do resfriamento do magma derretido ou parcialmente derretido) em uma pequena porcentagem na forma de sulfatos (celestita) e carbonatos (estroncianita), além de traços de brometo de estrôncio, que se formam na estrutura ortorrômbica quando desidratado (anidro) e na estrutura trigonal quando hexahidratado. O isótopo ₃₈Sr⁹⁰ do estrôncio tem abundância relativa de 1% e sofre um decaimento radioativo emitindo uma partícula beta (_-1β⁰) e formando o elemento ítrio (₃₉Y⁹⁰). A reação nuclear, cuja meia vida é de 30 anos, pode ser representada por: ₃₈Sr⁹⁰ → ₃₉Y⁹⁰ + _-1β⁰.

Assinale a opção que mostra a idade de uma amostra de SrBr₂ (brometo de estrôncio) isolada de uma rocha ígnea que possui 0,75% de ₃₉Y⁹⁰.

A
60 anos.
B
30 anos.
C
90 anos.
D
75 anos.

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Gabarito: A

1. Quanto Sr-90 ainda resta?

No início, a amostra tinha 1% de Sr-90 e nenhum ítrio-90. Cada átomo de Sr-90 que decai vira um átomo de Y-90. Se já há 0,75% de Y-90, decaiu esse tanto, e restam:
1% − 0,75% = 0,25% de Sr-90.

2. Quantas meias-vidas?

1% → 0,5% (1 meia-vida) → 0,25% (2 meias-vidas).
Sobrou 1/4 do inicial: passaram 2 meias-vidas.

3. Idade

2 × 30 anos = 60 anos

Resposta: A

Por que as outras atraem: a B (30 anos) é de quem acha que 0,75% restante corresponde a uma meia-vida; a C (90 anos) soma uma meia-vida a mais.

Dica: em datação, compare o que restou do isótopo-pai com o inicial: restou 1/2 → 1 meia-vida; 1/4 → 2; 1/8 → 3.

Questão 3 · ONC 2018 · 2º ano do ensino médio · Questão 13fácil

Radiodiagnóstico é uma ferramenta atual da medicina para tentar ajudar os médicos na descoberta mais fidedigna do mal que assola um paciente, ou seja, seu diagnóstico.

Para tanto várias substâncias foram desenvolvidas para uso pelos pacientes, sob a forma de contraste que vai ajudar o aparelho emissor de radiação a “marcar” determinadas situações no corpo do paciente. O Ferro-59 é exemplo de isótopo radiativo, utilizado em diagnósticos de anemia. O elemento sofre decaimento radioativo, emitindo radiação que será percebida pelo aparelho. A equação nuclear para o decaimento do ⁵⁹Fe, como um emissor beta é:

A
₂₆Fe⁵⁹ → ₂₅Mn⁵⁹ + _-1e⁰
B
₂₆Fe⁵⁹ → ₂₅Mn⁶⁰ + _-1e⁰
C
₂₆Fe⁵⁹ → ₂₇Co⁶⁰ + _-1e⁰
D
₂₆Fe⁵⁹ → ₂₇Co⁵⁹ + _-1e⁰

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Gabarito: D

No decaimento beta (β^–), um nêutron do núcleo vira um próton e emite um elétron, _-1e⁰.

Conservação nas duas contas:
- Número de massa (em cima): 59 = A + 0 → A = 59 (não muda).
- Número atômico (embaixo): 26 = Z + (−1) → Z = 27.

O elemento de número atômico 27 é o cobalto. Logo:
₂₆Fe⁵⁹ → ₂₇Co⁵⁹ + _-1e⁰

A e B diminuem Z (isso seria emissão de pósitron ou captura eletrônica).
B e C mudam a massa para 60, o que não acontece na emissão beta.

Resposta: D.

Dica: emissão beta: massa igual, número atômico +1; emissão alfa: massa −4, número atômico −2.

Questão 4 · ONC 2016 · 2º ano do ensino médio · Questão 8difícil

A fluortimidina marcada com ¹⁸F é um radiofármaco utilizado em medicina nuclear para obter imagens por PET-Scan (Tomografia por Emissão de Pósitrons). Abaixo é apresentada a fórmula estrutural da fluortimidina-¹⁸F. O isótopo ¹⁸F tem meia-vida igual a 110 min, enquanto a Fluortimidina-¹⁸F tem meia-vida igual a 120 min.

C₁₀H₁₃N₂O₄F

Massa Molar = 243 g/mol

Se em um exame por PET-Scan fossem administrados 10 mL de uma solução 0,2 M de Fluortimidina-¹⁸F, que massa desse radiofármaco e que percentual da atividade radioativa inicial seriam observadas no paciente após 22 horas da administração?

A
0,237 mg e 0,024%
B
0,356 mg e 0,072%
C
0,475 mg e 0,098%
D
0,949 mg e 0,195%

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Gabarito: A

22 horas = 22 × 60 = 1 320 min.

1. Massa inicial do radiofármaco:

n = 0,2 mol/L × 0,010 L = 0,002 mol

m = 0,002 × 243 = 0,486 g = 486 mg

2. Massa restante (meia-vida da fluortimidina = 120 min):

1 320 ÷ 120 = 11 meias-vidas; 2¹¹ = 2 048

486 ÷ 2 048 ≈ 0,237 mg

3. Atividade restante (a radiação vem do isótopo ¹⁸F, meia-vida 110 min):

1 320 ÷ 110 = 12 meias-vidas; 2¹² = 4 096

1 ÷ 4 096 ≈ 0,000244 = 0,024%

Resposta: A (0,237 mg e 0,024%).

Por que as outras atraem: quem usa a mesma meia-vida para as duas contas, ou conta uma meia-vida a menos, cai em valores duas ou quatro vezes maiores, como os de C e D.

Dica: depois de n meias-vidas, sobra 1/2ⁿ do inicial; quando há duas meias-vidas, veja qual vale para cada grandeza.