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Questão de Física / Química do ENEM 2015 PPL: Qual é a massa de $\text{CO}_2$, em toneladas, que deixa de ser liberada na…
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O urânio é um elemento cujos átomos contêm 92 prótons, 92 elétrons e entre 135 e 148 nêutrons. O isótopo de urânio 235U é utilizado como combustível em usinas nucleares, onde, ao ser bombardeado por nêutrons, sofre fissão de seu núcleo e libera uma grande quantidade de energia (2,35×1010 kJ/mol). O isótopo 235U ocorre naturalmente em minérios de urânio, com concentração de apenas 0,7%. Para ser utilizado na geração de energia nuclear, o minério é submetido a um processo de enriquecimento, visando aumentar a concentração do isótopo 235U para, aproximadamente, 3% nas pastilhas. Em décadas anteriores, houve um movimento mundial para aumentar a geração de energia nuclear buscando substituir, parcialmente, a geração de energia elétrica a partir da queima do carvão, o que diminui a emissão atmosférica de CO2 (gás com massa molar igual a 44 g/mol). A queima do carvão é representada pela equação química:
C (s)+O2 (g)⟶CO2 (g)ΔH=−400 kJ/mol
Qual é a massa de CO2, em toneladas, que deixa de ser liberada na atmosfera, para cada 100 g de pastilhas de urânio enriquecido utilizadas em substituição ao carvão como fonte de energia?
Como as pastilhas têm cerca de 3% de 235U, em 100 g de pastilhas há aproximadamente 3,0 g desse isótopo. Isso corresponde a n=2353,0≈1,28×10−2 mol de 235U. A energia liberada na fissão dessa quantidade é E=(1,28×10−2)×(2,35×1010)≈3,0×108 kJ. Na queima do carvão, cada 400 kJ liberados formam 1 mol de COX2; assim, a mesma energia evitaria 4003,0×108=7,5×105 mol de COX2. Como a massa molar do COX2 é 44 g/mol, a massa evitada é 7,5×105×44=3,3×107 g=33 toneladas.
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