Exercícios Resolvidos Sobre Física Nuclear – Parte 5

Exercícios Resolvidos Sobre Física Nuclear – Parte 5

1.21 No átomo de lítio ⁷₃Li existem ____ protões, ______ neutrões e nucleões.

a) 4; 3; 10

b) 3; 4; 7 (X)

c) 3; 7; 10

d) 7; 3; 10

Explicação

Lembrando:

Massa Atómica representa-se por A

Número atómico pela letra Z

Vamos analisar o símbolo do átomo dado: ₃⁷Li

• O número 7 (escrito acima) é o número de massa (A), que representa o total de partículas no núcleo: nucleões = protões + neutrões
• O número 3 (escrito abaixo) é o número atómico (Z), que representa a quantidade de protões (e também electrões no estado neutro)

Desse modo, tendo identificado as grandezas atómicas, temos:

1. Número de protões (Z): → É igual ao número atómico → Logo, 3 protões
2. Número de neutrões (n): → É calculado por: n = A – Z → n =7−3 = 4 → Logo, 4 neutrões
3. Número de nucleões (A): → É o número de massa, que inclui protões + neutrões
   → Logo, 7 nucleões

Alternativa correcta: b) 3; 4; 7

1.22 Os elementos químicos resultantes da emissão de um electrão e de um positrão do isótopo de cobalto ⁵⁸₂₇Co são, respectivamente:

a) ⁵⁸₂₇Co e ⁵⁸₂₈Ni

b) ⁵⁸₂₈Ni e ⁵⁸₂₇Co

c) ⁵⁸₂₆Fe e ⁵⁸₂₈Ni

d) ⁵⁸₂₈Ni e ⁵⁸₂₆Fe (X)

Explicação:

Primeiramente, vamos analisar o que acontece quando um isótopo ⁵⁸₂₇Co (cobalto-58) emite:

• Um electrão (β⁻) → decaimento beta negativo
• Um positrão (β⁺) → decaimento beta positivo

Emissão de um electrão (β⁻):

No decaimento beta negativo, um neutrão se transforma em um protão, com emissão de:

• 1 electrão (β⁻)
• 1 antineutrino

Como o número de protões aumenta em 1, o número atómico aumenta, mas a massa permanece igual. Logo: ⁵⁸₂₇Co → ⁵⁸₂₈Ni (Elemento muda de Co para Níquel)

Emissão de um positrão (β⁺):

No decaimento beta positivo, um protão se transforma em um neutrão, com emissão de:

• 1 positrão (β⁺)
• 1 neutrino

O número de protões diminui em 1, então o número atómico diminui, e a massa continua igual.

Logo: ⁵⁸₂₇Co → ⁵⁸₂₆Fe (Elemento muda de Co para Ferro)

Resposta correcta: c) ⁵⁸₂₆Fe e ⁵⁸₂₈Ni

1.23 Um electrão da camada K é capturado pelo núcleo de berílio ⁷₄Be tendo-se obtido:

a) ⁷₃Li (X)

b) ⁷₃Be

c) ⁶₃Li

d) ⁸₅Be

Explicação:

Vamos resolver a questão com base no fenómeno de captura electrónica (ou captura K).

Dado:

• Isótopo envolvido: ⁷₄Be (berílio-7)

O que é captura electrónica?

A captura electrónica ocorre quando um electrão de uma camada interna (geralmente da camada K) é capturado pelo núcleo atómico. Esse electrão se combina com um protão, transformando-o em neutrão, com emissão de um neutrino:

p⁺ + e⁻ → n⁰ + ν_e

Isso diminui o número atómico (Z) em 1, mas a massa (A) permanece a mesma, pois um protão vira um neutrão.

Aplicando ao ⁷₄Be:
Z = 4, A = 7
Após captura de electrão:
Z = 3
A = 7
Então o novo elemento é o que tem número atómico 3, que é o lítio (Li)
Resultado: ⁷₃Li
 
Resposta correcta:
a) ⁷₃Li

1.24 Dadas as equações de reacção abaixo, X representa, respectivamente:

1) ²₁H + ²₁H → X + ¹₀n + 3,2585 MeV

2) 3(¹₁p) + 4(¹₀n) → X

3) ¹⁸₉F → ¹⁸₈O + X

4) ²³⁹₉₄Pu → X + ⁴₂α

a) ⁴₂He; ⁷₃Li; ¹₀n e ²³⁵₉₂U

b) ⁴₂He; ²₁H; ⁰_-1e e ²⁴³₉₆Cm

c) ³₂He; ⁷₃Li; ⁰₁e e ²³⁵₉₂U  (X)

d) ³₂He; ⁷₃Li; ¹₀n e ²⁴³₉₆Cm

Explicação:
Vamos resolver cada equação nuclear e identificar quem é o X em cada uma delas, passo a passo.
 
1) ²₁H + ²₁H → X + ¹₀n + 3,2585 MeV
Soma dos núcleos à esquerda:
Massa: 2 + 2 = 4
Número atómico: 1 + 1 = 2
O lado direito já tem:
¹₀n → massa (A) = 1 e número atómico (Z) = 0
Falta então:
Massa: 4 − 1 = 3
Z: 2 − 0 = 2
Desse modo, o elemento X corresponde a: X = ³₂He (hélio-3)
 
2) 3(¹₁p) + 4(¹₀n) → X
Soma das partículas à esquerda:
Protões: 3 × (A = 1, Z = 1) → A = 3, Z = 3
Neutrões: 4 × (A = 1, Z = 0) → A = 4, Z = 0
Total:
A: 3 + 4 = 7
Z: 3 + 0 = 3
X = ⁷₃Li (lítio-7)

3) ¹⁸₉F → ¹⁸₈O + X
Antes: Massa = 18, Z = 9 (flúor)
Depois: Massa = 18, Z = 8 (oxigénio)
Diferença:
Massa = 0
Z = 1 → perdeu 1 unidade de número atómico
Para isso, só pode ter emitido um positrão (β⁺):
X = ⁰₊₁e ou X = ⁰₋₁e dependendo da direcção, mas se o número atómico cai, então houve emissão de positrão, ou seja, → X = ⁰₊₁e
 
4) ²³⁹₉₄Pu → X + ⁴₂α
Massa: 239
Z: 94
α = ⁴₂He → Massa = 4, Z = 2 → X = ²³⁵₉₂U (massa: 239 – 4 = 235 e Z: 94 – 2 = 92)
 
Resumo:

Reacção	X
1	³₂He
2	⁷₃Li
3	⁰₋₁e
4	²³⁵₉₂U

Alternativa correcta: c) ³₂He; ⁷₃Li; ⁰₋₁e e ²³⁵₉₂U

1.25 A equação de reacção da desintegração beta-menos para iodo – 131 é:

a) ¹³¹₅₂I + ⁰_-1e → ¹³¹₅₂Te

b) ¹³¹₅₂I + ⁰_-1e → ¹³¹₅₂Xe

c) ¹³¹₅₂I → ¹³¹₅₂Te + ⁰₁e

d) ¹³¹₅₃I →¹³¹₅₄Xe + ⁰_-1e (X)

Explicação:

Vamos resolver com atenção e identificar a equação correcta da desintegração beta-menos para o iodo-131 (¹³¹₅₂I).

O que ocorre na desintegração beta-menos (β⁻)?

• Um neutrão se transforma em um protão
• Emite um electrão (β⁻) → ⁰₋₁e
• A massa (A) permanece a mesma
• O número atómico (Z) aumenta em 1
• O elemento se transforma em outro elemento com Z + 1

Dados do iodo-131:

• Iodo (I): número atómico Z = 52, número de massa A = 131

Ao sofrer β⁻, o Z aumenta para 53, porque:

Iodo é Z = 53, então:

• ¹³¹₅₃I → ¹³¹₅₄Xe + ⁰₋₁e

Essa é a reacção correcta para a desintegração beta-menos do iodo-131.

Resposta correcta: d) ¹³¹₅₃I → ¹³¹₅₄Xe + ⁰₋₁e

Veja também: Resolvidos Sobre Física Nuclear – Parte 4