O urânio é empregado como fonte de energia em reatores nucleares. Para tanto, o seu mineral deve ser refinado, convertido a hexafluoreto de urânio e posteriormente enriquecido, para aumentar de 0,7% a 3% a abundância de um isótopo específico — o urânio-235. Uma das formas de enriquecimento utiliza a pequena diferença de massa entre os hexafluoretos de urânio-235 e de urânio-238 para separá-los por efusão, precedida pela vaporização. Esses vapores devem efundir repetidamente milhares de vezes através de barreiras porosas formadas por telas com grande número de pequenos orifícios. No entanto, devido à complexidade e à grande quantidade de energia envolvida, cientistas e engenheiros continuam a pesquisar procedimentos alternativos de enriquecimento.
ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e
o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2006 (adaptado).
Considerando a diferença de massa mencionada entre os dois isótopos, que tipo de procedimento alternativo ao da efusão pode ser empregado para tal finalidade?
A) Peneiração.
B) Centrifugação.
C) Extração por solvente.
D) Destilação fracionada.
E) Separação magnética.
Resolução em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- ✔ Física Nuclear
- ✔ Separação de Misturas
- ✔ Princípios da Centrifugação
Nível da Questão:
✔ Médio
Gabarito:
✅ Alternativa Correta: (B) Centrifugação
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 O enunciado descreve o processo de enriquecimento de urânio, em que a pequena diferença de massa entre as moléculas de hexafluoreto de urânio (235) e de urânio (238) permite sua separação por efusão. Contudo, o texto diz que o processo é muito complexo e consome muita energia, então pergunta por um procedimento alternativo que se baseia igualmente na diferença de massa.
🔹 Palavras-chave: “urânio-235 e urânio-238”, “diferença de massa”, “procedimento alternativo ao da efusão”.
🔹 Objetivo: Identificar, entre as alternativas, qual método de separação também se baseia nas pequenas diferenças de massa para separar isótopos, tal como se busca no enriquecimento de urânio.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 Conceitos Fundamentais
🔹 Diferença de Massa: Quando duas substâncias (ou dois isótopos) têm massas ligeiramente distintas, é possível usar métodos físicos que exploram essa disparidade.
🔹 Efusão: Separação por passagem de moléculas através de orifícios, em que a velocidade de saída depende da massa molecular.
🔹 Centrifugação: Método de separação em que a amostra é girada em alta velocidade; as espécies mais pesadas tendem a se concentrar mais externamente, enquanto as leves ficam mais para dentro, aproveitando a diferença de massa.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 O texto explica que se usa a efusão repetidas vezes para separar o isótopo mais leve (urânio-235) do mais pesado (urânio-238). Diz que cientistas buscam outros métodos baseados essencialmente na diferença de massa, algo que poderia se refletir no modo como essas substâncias se comportam sob diferentes técnicas.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
📌 Análise do Método Alternativo
- Para separar isótopos de urânio, é preciso um método sensível à massa molecular.
- A “centrifugação” aproveita a força centrífuga que depende da diferença de massa. Assim, o hexafluoreto de urânio mais pesado se deposita de forma distinta daquele mais leve, permitindo separar isótopos.
- Outros processos (peneiração, extração por solvente, destilação fracionada e separação magnética) não se baseiam diretamente nessa pequena diferença de massa molecular, ou não são adequados para isótopos de urânio.
Passo 5: Análise das Alternativas
- (A) Peneiração
❌ Geralmente separa partículas sólidas com tamanhos diferentes. Não é eficaz para diferenciação de massas moleculares no estado gasoso. - (B) Centrifugação
✅ Correta. Explora a diferença de massa através da força centrífuga em alta rotação. - (C) Extração por solvente
❌ Depende de solubilidades distintas, não de massa molecular próxima. - (D) Destilação fracionada
❌ Depende de pontos de ebulição diferentes, não necessariamente eficaz para separar isótopos tão próximos em comportamento térmico. - (E) Separação magnética
❌ Funciona melhor com propriedades magnéticas diferentes, não a ligeira diferença de massa.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
🔍 Resumo Final
📌 A centrifugação é o processo alternativo mais indicado para separar isótopos cuja única diferença substancial seja a massa molecular. Ela faz uso de rotação em alta velocidade para separar substâncias mais pesadas das mais leves.
✅ Alternativa Correta: (B) Centrifugação.
