A obtenção de energia por meio da fissão nuclear do 235U é muito superior quando comparada à combustão da gasolina. O calor liberado na fissão do 235U é 8 × 1010 J/g e na combustão da gasolina é 5 × 104 J/g.
A massa de gasolina necessária para obter a mesma energia na fissão de 1 kg de 235U é da ordem de
A) 103 g.
B) 104 g.
C) 105 g.
D) 106 g.
E) 109 g.
Resolução em Texto
📌 🧮 Tema Geral:
🔹 Energia – Comparação entre fissão nuclear e combustão química
📚 Matérias Necessárias para a Solução
🔹Física: energia, potência, Joule, ordem de grandeza, regra de três + Química: reações nucleares (fissão) e reações de combustão.
🔢 Nível da Questão
🔸 Médio-difícil, por envolver raciocínio proporcional com grandezas muito distintas e potências elevadas.
✅ Gabarito
- Alternativa E
📝 Resolução Passo a Passo
🔍 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Trecho-chave:
“A massa de gasolina necessária para obter a mesma energia na fissão de 1 kg de ²³⁵U é da ordem de…”
🎯 Objetivo:
Calcular quantos gramas de gasolina seriam necessários para liberar a mesma energia que 1 kg de urânio-235 libera por fissão nuclear.
👉 O que ele quer saber?
A questão quer comparar duas formas de energia: nuclear (muito intensa) e química (da gasolina). Ele quer saber quantos gramas de gasolina seriam equivalentes a 1 kg de urânio-235 em termos de energia liberada.
📖 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
🧪 Energia por unidade de massa (J/g)
Quando falamos que certa substância libera, por exemplo, 5 × 10⁴ J/g, estamos dizendo que cada grama daquela substância libera essa quantidade de energia. Isso nos permite comparar materiais diferentes.
⚛️ Fissão nuclear vs combustão
- Fissão nuclear (²³⁵U): Uma reação que divide núcleos pesados, liberando energia MUITO maior que reações químicas.
- Combustão (gasolina): Uma reação química entre o combustível e o oxigênio, liberando calor e gás carbônico.
📌 Em resumo:
| Tipo de reação | Material | Energia liberada por grama |
|---|---|---|
| Fissão nuclear | Urânio-235 | 8 × 10¹⁰ J/g |
| Combustão química | Gasolina | 5 × 10⁴ J/g |
🧷 Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
Do enunciado:
- A energia da fissão nuclear de 1 grama de ²³⁵U = 8 × 10¹⁰ J
- A energia da combustão de 1 grama de gasolina = 5 × 10⁴ J
- Precisamos encontrar quantos gramas de gasolina (x) liberam a mesma energia que 1000 g (1 kg) de ²³⁵U.
🧮 Passo 4 – Desenvolvimento do raciocínio e cálculos
🔸 Etapa 1 – Energia total da fissão de 1 kg de ²³⁵U:
Sabemos que 1 g de ²³⁵U libera 8 × 10¹⁰ J.
Então 1000 g (1 kg) libera:
- E = 1000 × (8 × 10¹⁰) = 8 × 10¹³ J
🔸 Etapa 2 – Quantos gramas de gasolina liberam essa energia?
Sabemos que 1 g de gasolina libera 5 × 10⁴ J.
Seja x a massa necessária:
- x = (8 × 10¹³) / (5 × 10⁴)
- x = 1,6 × 10⁹ g
🧩 Passo 5 – Análise das Alternativas
Vamos ver qual alternativa mais se aproxima de 1,6 × 10⁹ g:
- A) 10³ g → muito pequeno
- B) 10⁴ g → muito pequeno
- C) 10⁵ g → ainda pequeno
- D) 10⁶ g → 1 milhão de g (ainda muito abaixo)
- ✅ E) 10⁹ g → corresponde a 1 bilhão de g, que é 1.000 toneladas. Correta!
🔁 Erro comum: confundir ordens de grandeza. É essencial entender potência de 10 para não errar esse tipo de questão.
🎯Passo 6: Conclusão e justificativa final
➡️ Conclusão: A energia liberada pela fissão nuclear de 1 kg de urânio-235 é tão intensa que seriam necessários cerca de 1,6 bilhões de gramas de gasolina (ou 1600 toneladas) para liberar a mesma energia.
✅ Alternativa correta: E)
Essa comparação evidencia como a fissão nuclear é milhões de vezes mais eficiente em termos energéticos do que a combustão de combustíveis fósseis, embora envolva riscos maiores e resíduos nucleares.
