"2º ANO" 1º BIMESTRE-2025: Radioatividade, Teoria Cinética Molecular e Estudo dos Gases.

Radioatividade

 

Habilidades Cognitivas:

 

(EM13CNT311MG) Investigar e analisar comportamentos específicos dos diversos tipos de ondas, para avaliar suas diferentes aplicações tecnológicas (comunicação, saúde, música, entre outros), identificar e/ou avaliar os impactos individuais, coletivos e socioambientais de tais tecnologias, a fim de promover seu uso seguro e sustentável

 

Ondas eletromagnéticas

Ondas eletromagnéticas são aquelas que resultam da libertação das fontes de energia elétrica e magnética em conjunto. Elas são formadas pelo campo elétrico e o magnético, se propagando no vácuo à velocidade da luz, cerca de 300 000 km/s. Por esse motivo, recebe o nome de onda eletromagnética.

 

Radiações não ionizantes

A radiação não ionizante não tem energia suficiente para remover elétrons de um átomo por apresentar baixa frequência e baixa liberação de energia. Entretanto, conseguem mover os átomos ou fazê-los vibrar:

Luz visível;

Ondas de rádio;

Micro-ondas;

Ultravioleta;

Infravermelho.

 

Radiações ionizantes

A radiação ionizante tem a capacidade de produzir íons ao arrancar elétrons de um átomo. Por possuir maior energia, pode separar elétrons de outros átomos ou ionizá-los à medida que penetra a matéria:

alfa;

beta;

gama.

 

Equipamento de detecção das radiações:

 

 

Alfa: é uma radiação corpuscular (partícula) constituida de dois prótons + dois nêutrons; enfim alfa apresenta um número total de massa igual a 4 e número atômico igual a 2, onde a relação de carga positiva(prótons) e carga neutra (neutrôns) configura alfa como carga predominante positiva, assim será desviada por atração à placa negativa, porém com baixa intensidade de desvio por apresentar uma massa grande:

 

 

 

Beta: também se trata de uma radiação corpuscular, constituida por um elétron, porém este não pertence à eletrosfera, ele tem origem do núcleo com a quebra de um nêutron, que se transforma num próton e num neutrino, estes ficando retidos no núcleo, enquanto o elétron (Beta) é liberado para o meio externo; sendo assim Beta é atraida pela placa positiva e apresenta um desvio maior do que alfa por apresentar uma massa menor:

 

 

 

Gama: é uma onda eletromagnética, não possuindo carga e nem massa, ou seja, não é corpuscular,assim sendo não sofrerá desvio por não ser atraida nem pela placa positiva e nem pela placa negativa:

 

 

ATIVIDADES

 

1) Qual é a carga da radiação gama? 

 

2) Qual o motivo da radiação alfa apresentar um desvio menos intenso na sua trajetória em relação à radiação beta? 

 

3) Observe a equação nuclear abaixo:

₉₄Pu²⁴² -->  ₉₅Am²⁴² + Z

Nessa equação, é correto afirmar que Z corresponde a qual radiação? 

 

Decaimento 

    

    Uma vez que se tem conhecimento estrutural e comportamenal de alfa, beta e gama podemos compreender o que acontece com um elemento radioativo que venha a emitir essas radiações (decaimento):

 

 

Obs: a emissão de gama não altera os números de massa e atômico, pois gama é uma onda eletromagnética isenta de massa.

 

ATIVIDADE

 

4) O elemento netúnio (₉₃Np²³⁷), após a emissão de duas partículas alfa e três partículas beta, transforma-se num elemento químico com quais números de massa e atômico, respectivamente? 

 

Poder de penetração das radiações:

 

    

    Como visto acima, alfa apresenta um poder de penetração menor por apresentar uma massa relativamente grande em relação à gama (que  não apresenta massa), e quanto maior a massa significa dificuldade de ultrapassar os espaços entre os átomos que constituem o material à sua frente. 

 

Meia-vida ou período de semidesintegração (t_1/2): se trata do período que o material radioativo gasta (emitindo radiação) para se reduzir à metade de sua composição, seja em massa, em número de átomos etc...

 

 

 

ATIVIDADE

 

5) O xenônio-133 é usado em pesquisas sobre os pulmões, e sua meia-vida ou período de semidesintegração é de cinco dias. Se uma amostra contiver 200 mg de xenônio-133, qual era a sua massa a 10 dias? 

 

Fissão Nuclear: se baseia na fragmetação de um material radioativo colidido por um nêutron, transformando-se em elementos químicos menores, além da liberação de mais nêutrons, seguindo a lei de Lavoisier:

 

 

Observação: relação da massa envolvida no momento inicial e final da fissão acima:  1 + 235 = 139 + 94 + 3 x (1).

 

Fusão Nuclear: se baseia na formação ao menos de um elemento químico maior, a partir de dois menores, que se colidiram, seguindo a lei de Lavoisier:

 

 

Observação: a relação que se faz energéticamente entre fissão e fusão nuclear é que a fusão apresenta em média uma quantidade energética 200 vezes maior em proporção à fissão nuclear.

 

ATIVIDADE

 

6) A equação nuclear abaixo se refere:

a) decaimento     b) fusão nuclear      c) fissão nuclear      d) combustão

 

 

Teoria Cinética Molecular

 

Habilidades Cognitivas:

 

(EM13CNT102XB) Realizar previsões, avaliar intervenções e/ ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.

    A teoria Cinética dos gases foi sintetizada com o intuito de explicar as propriedades e o comportamento interno dos gases. Compreender essa teoria é algo fundamental para o entendimento da pressão que os gases exercem em outros corpos e em várias outras aplicações. Os principais postulados dessa teoria Cinética dos gases, nos dizem que: 

 

• Os gases são constituídos por um grande número de partículas que estão em movimento contínuo e aleatório, o que justifica a facilidade com que os gases escapam de recipientes.

• O volume da partícula quando gasosa é sempre desprezível. 

• A pressão que um gás exerce é o resultado das colisões das partículas do gás com as paredes do recipiente que o contém. As partículas não perdem energia nas colisões (choques elásticos). 

• A temperatura absoluta do gás é diretamente proporcional à energia cinética média de suas moléculas:

E_{cinética média} = K . T 

• Não existem forças de atração ou repulsão entre as partículas de um gás ideal. As forças intermoleculares são desprezíveis. O comportamento de um gás real se aproxima ao de um gás ideal quando a pressão diminui e a temperatura aumenta. Quanto mais fracas são as forças intermoleculares do gás real , mais o gás se aproxima do comportamento de um gás ideal.

ATIVIDADES

7) Qual das figuras a seguir não apresenta uma característica dos gases em consonância com a teoria cinética molecular dos gases?

 

 

8) (UFPE) - Uma lata de “spray“ qualquer foi utilizada até não mais liberar seu conteúdo. Neste momento, podemos dizer que são corretas as alternativas de acordo com a teoria cinética dos gases: 

 

a) A pressão de gases no interior da lata é zero. 

b) A pressão de gases no interior é igual à pressão atmosférica. 

c) Existe vácuo no interior da lata. 

d) Ao aquecermos a lata, a pressão em seu interior não varia. 

e) Ao aquecermos a lata e pressionarmos sua válvula, gases sairão novamente da mesma.

 

9) Um fato comum em nosso dia a dia é sentir uma certa coceira no nariz quando tomamos de um copo um refrigerante, principalmente quando aberto pela primeira vez, isso ocorre devido a vazão do gás (CO₂) que arrasta uma certa quantidade do xarope do mesmo.

     Qual das citações da teoria cinética molecular dos gases que mais se adapta a este fato?

 

Estudo dos Gases

 

 

Grandezas relacionadas ao estudo dos gases:

 

Pressão 

 

    É a gradeza relacionada à força que um corpo exerce sobre determinada área. Quanto maior a quantidade de partículas, maior será a pressão exercida pelo gás. As unidades de medida mais comuns são:     ( atm, mmHg, Pa e (N/m²). A expressão a seguir relaciona essas unidades de medida:

1 atm = 760 mmHg = 1,013x10⁵ Pa (N/m²)

Volume 

 

    É a grandeza relacionada ao espaço ocupado pelo gás em determinadas condições de temperatura e pressão. As unidades mais comuns são o litro (L), decímetro cúbico (dm³), mililitro (ml), centímetro cúbico (cm³).

 

Temperatura 

 

    É a grandeza relacionada à agitação das partículas em um sistema. 

    As unidades mais utilizadas são o grau Celsius (ºC) e o Kelvin (K). Para converter uma unidade em outra, utiliza-se a seguinte expressão:

 

T (K, Kelvin) = t (ºC, graus Celsius) + 273

 

Volume molar e hipótese de Avogadro

 

    Avogadro constatou que, sob as mesmas condições de temperatura e pressão, volumes iguais de gases diferentes contêm o mesmo número de moléculas. Essa constatação ficou conhecida por hipótese de Avogadro. A 0 ºC e 1 atm (condições normais de temperatura e pressão - CNPT), o volume molar corresponde a 22,4 L.

 

ATIVIDADE

 

10) Segundo o italiano Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro , “quando dois ou mais gases estão ocupando o mesmo volume, nas mesmas condições de temperatura e pressão, apresentam sempre o mesmo número de moléculas”. Baseado na afirmação proposta por ele, temos a seguir alguns recipientes fechados contendo gases, submetidos a uma mesma temperatura e pressão:

 

 

Em qual dos recipientes há um maior número de átomos de oxigênio e hidrogênio, respectivamente?

 

a) I e III    b) I e IV    c) II e III    d) II e IV

 

Transformações gasosas

 

    São transformações provocadas pela alteração das variáveis de estado (temperatura, pressão e volume) de uma quantidade fixa de gás.

 

Transformação isotérmica (Lei de Boyle)

 

    É o tipo de transformação gasosa que ocorre quando um gás é comprimido ou dilatado, sob temperatura constante.

p₁V₁ = p₂V₂ ou p . V = constante

 

   

 A representação gráfica de uma transformação isotérmica pode ser observada a seguir:

 

 

ATIVIDADE

 

11) (UNIRIO) Você brincou de encher, com ar, um balão de gás, na beira da praia, até um volume de 1 L e o fechou. Em seguida, subiu uma encosta próxima carregando o balão, até uma altitude de 900 m, onde a pressão atmosférica é 10 % menor do que a pressão ao nível do mar. Considerando que a temperatura na praia e na encosta seja a mesma, o volume de ar no balão, em L, após a subida, será de:

 

a) 0,8    b) 0,9    c) 1,0    d) 1,1    e) 1,2

 

Transformação isobárica

 

    É o tipo de transformação gasosa que ocorre quando um gás é aquecido ou resfriado sob pressão constante. Nessa transformação, o volume do gás varia proporcionalmente com a temperatura absoluta do gás.

 

V₁/T₁ = V₂/T₂ ou V/T = constante

 

 

    A representação gráfica de uma transformação isobárica pode ser observada a seguir:

 

 

ATIVIDADE

 

12) O pneu de um automóvel foi regulado de forma a manter uma pressão interna de 21 libras-força por polegada quadrada, a uma temperatura de 14 ºC. Durante o movimento do automóvel, no entanto, a temperatura do pneu elevou-se a 55 ºC.

    Mediante ao enunciado, qual é o volume final do gás no pneu, considerando inicialmente o volume de 42 litros?

 

 

Transformação isovolumétrica

    

    É o tipo de transformação gasosa que ocorre em um sistema, sob volume constante.

 

p₁/T₁ = p₂/T₂ ou p/T = constante

 

 

    A representação gráfica de uma transformação isovolumétrica pode ser observada a seguir:

 

 

ATIVIDADE

 

13) (Mack-SP) Uma determinada massa fixa de gás contido em um balão encontra-se inicialmente em CNTP.

Em uma transformação isovolumétrica, sabendo-se que a pressão máxima interna permitida pelo balão é de 3,0 atm, se dobrarmos a temperatura absoluta inicial, a pressão final do gás e o efeito sobre o balão serão:
a) 2,0 atm e o balão não estoura
b) 2,0 atm e o balão estoura
c) 3,0 atm e o balão estoura
d) 1,5 atm e o balão não estoura
e) 1,0 atm e o balão não estoura

 

Equação de estado dos gases

 

    Quando, em uma transformação gasosa, pressão, temperatura e volume se alteram, é possível descobrir o valor das variáveis no sistema final por meio da equação da transformação geral dos gases.

 

pV = nRT

    

Em que: R = 0,082 L . atm . K^-1 . mol^-1    =   62,3 L . mmHg . K^-1 . mol^-1    =   8,314 L . KPa . K^-1 . mol^-1

 

ATIVIDADES

 

14) Um certo gás, cuja massa vale 140g, ocupa um volume de 41 litros, sob pressão 2,9 atmosferas a temperatura de 17°C. O número de Avogadro vale 6,02x10²³ e a constante universal dos gases perfeitos  R= 0,082 atm.L/mol.K.

Nessas condições, o número de moléculas continuadas no gás é aproximadamente de:

 

a) 3,00. 10²⁴

b) 5,00. 10²³

c) 6,02. 10²³

d) 2,00. 10²⁴

e) 3,00. 10²⁹

 

15) (UFC) Acidentes com botijões de gás de cozinha são noticiados com bastante freqüência. Alguns deles ocorrem devido às más condições de industrialização (botijões defeituosos), e outros por uso inadequado. Dentre estes últimos, um dos mais conhecidos é o armazenamento dos botijões em locais muito quentes. Nestas condições, e assumindo a lei dos gases ideais, é correto afirmar que:

 

a) a pressão dos gases aumenta, e o seu número de mols diminui.

b) a pressão dos gases diminui, e o seu número de mols diminui.

c) o número de mols permanece constante, e a pressão aumenta.

d) a pressão e o número de mols dos gases aumentam.

e) a pressão e o número de mols dos gases não são afetados pelo aumento de temperatura.

 

Difusão e efusão

 

    Difusão é o fenômeno em que um gás se espalha em outro meio gasoso. A efusão, por sua vez, é a passagem de um gás por um pequeno orifício do recipiente.

    Thomas Graham estudou esses dois fenômenos e constatou que a velocidade de efusão ou de difusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua densidade.

 

ATIVIDADE

 

16) (UFRGS-RS) Um balão de borracha, desses usados em aniversários, cheio de ar, murcha após algum tempo. O fenômeno pode-se explicar pela:

a) Lei de Avogadro, que se refere à reatividade interna dos componentes.

b) Efusão do gás contido no balão para o meio externo.

c) Lei de Graham, que diz ser a velocidade de difusão diretamente proporcional à massa molar do gás.

d) Alta densidade do gás usado para encher o balão.