O potássio-40 decai por dois processos: 89,3 %\pu{89,3 \%} sofre decaimento beta, e 10,7 %\pu{10,7 \%} decai por captura eletrônica. Uma amostra de determinada rocha apresenta razão mássica mX40X2240Ar/mX40X2240K=0,95m_{\ce{^{40}Ar}}/m_{\ce{^{40}K}} = 0,95.

  1. Apresente as equações de decaimento para o potássio-40.

  2. Determine a idade da rocha.

DadosX40X2240K\ce{^{40}K}
t1/2/anost_{1/2}/\pu{anos}1,27⋅109\pu{1,27e9}
Gabarito
Gabarito

O potássio-40 segue dois caminhos de decaimento. Apenas a captura eletrônica produz argônio-40, que se acumula na rocha. Relacionando a quantidade de argônio acumulada com a fração do decaimento que segue esse caminho, obtém-se a quantidade total de potássio que já decaiu e, daí, a idade.

Etapa 1.(a) Apresente as equações de decaimento.

No decaimento β−\beta^-, forma-se cálcio-40; na captura eletrônica, forma-se argônio-40: X1940X219240K→X2040X220240Ca+X−10X2−120eX1940X219240K+X−10X2−120e→X1840X218240Ar \begin{aligned} \ce{ ^{40}_{19}K &-> ^{40}_{20}Ca + ^{0}_{-1}e } \\ \ce{ ^{40}_{19}K + ^{0}_{-1}e &-> ^{40}_{18}Ar } \end{aligned}

Etapa 2.(b) Determine a idade da rocha.

Como X40X2240Ar\ce{^{40}Ar} e X40X2240K\ce{^{40}K} têm a mesma massa molar, a razão mássica iguala a razão entre quantidades de matéria: nAr/nK=0,95n_{\ce{Ar}}/n_{\ce{K}} = 0,95.

Todo o argônio provém da captura eletrônica, responsável por 10,7 %\pu{10,7 \%} do potássio que decaiu. Sendo n0n_0 a quantidade inicial e nKn_{\ce{K}} a remanescente, nAr=0,107 (n0−nK) n_{\ce{Ar}} = 0,107\,(n_0 - n_{\ce{K}}) Dividindo por nKn_{\ce{K}} e usando nAr/nK=0,95n_{\ce{Ar}}/n_{\ce{K}} = 0,95, 0,95=0,107(n0nK−1)  ⟹  n0nK=1+0,950,107=9,88 0,95 = 0,107\left(\frac{n_0}{n_{\ce{K}}} - 1\right) \implies \frac{n_0}{n_{\ce{K}}} = 1 + \frac{0,95}{0,107} = 9,88 Da lei de decaimento, t=t1/2ln⁡2 ln⁡ ⁣n0nK=1,27⋅109 anosln⁡2 ln⁡(9,88)=≈4,2⋅109 anos t = \frac{t_{1/2}}{\ln 2}\,\ln\!\frac{n_0}{n_{\ce{K}}} = \frac{\pu{1,27e9 anos}}{\ln 2}\,\ln(9,88) = \boxed{\approx\pu{4,2e9 anos}}