(Kertas soalan ini mengandungi 6 soalan dalam 7 halaman yang dicetak) (This question paper consists of 6 questions on 7 printed pages)

UNIVERSITY OF MALAYA

PEPERIKSAAN IJAZAH SARJANA MUDA SAINS

EXAMINATION FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF SCIENCE

SESI AKADEMIK 2016/2017 : SEMESTER 1 ACADEMIC SESSION 2016/2017 : SEMESTER 1 SCES2313/SIC2012 : KIMIA NUKLEAR

NUCLEAR CHEMISTRY

Dis 2016/Jan 2017 MASA : 2 jam

Dec 2016/Jan 2017 TIME : 2 hours

ARAHAN KEPADA CALON : INSTRUCTIONS TO CANDIDATES : Jawab SEMUA soalan.

Answer ALL questions.

(Kertas soalan ini mengandungi 6 soalan dalam 7 halaman yang dicetak) (This question paper consists of 6 questions on 7 printed pages)

2/7 1. (a) Lengkapkan pereputan radioaktif dan tindak balas nuklear berikut:

Complete the nuclear reaction and radioactive decays below:

(i)

14 C → ¹⁴ N + __

(ii)

3 H → __ + __

(iii)

238 U → ²³⁴ Th + __

(iv)

230 Th → __ + __

(v)

210 Po → ²⁰⁶ Pb + __

(vi)

13 N → __ + __

(vii)

27 Al + α → ³⁰ P + __

(10 markah/marks)

(b) Siri reputan uranium-235 bermula dengan ²³⁵U dan berakhir dengan ²⁰⁷Pb berlaku mengikut urutan berikut: α, β, α, β, α, α, α, α, A, B, α Ramalkan bilangan reputan alfa dan beta yang terlibat dalam penukaran ²³⁵U kepada

207Pb. Kenalpasti A dan B.

The uranium-235 decay series, beginning with ²³⁵U and ending with ²⁰⁷Pb, occurs in the following sequence: α, β, α, β, α, α, α, α, A, B, α,

Predict the numbers of α and β decay involved from the conversion of ²³⁵U to ²⁰⁷Pb.

Identify A and B.

(7 markah/marks)

3/7 2. (a) Senaraikan semua peraturan dalam penentuan kestabilan sesuatu unsur.

Berdasarkan peraturan berikut tentukan kestabilan unsur berikut. Jelaskan jawapan untuk sebarang kes pengecualian daripada peraturan umum.

List down all the conditions that determine the stability of an element. Based on these conditions, determine whether the following elements are stable or unstable. Explain your answers for any exceptions from the general rules.

(i) ₁¹

H

(ii) ₁²

H

(iii) ₁³

H

(iv) ₂⁴

He

(v) ₂²

He

(18 markah/marks)

3. (a) Suatu sampel H2SO4 yang mengandungi sulfur-35 mempunyai aktiviti 3.5 x 10³ dpm. 177 jam kemudian, aktiviti sampel tersebut adalah 3.3 x 10³ dpm.

A sample of H2SO4 containing sulfur-35 has an activity of 3.5 x 10³ dpm. 177 hours later, the activity was 3.3 x 10³ dpm.

(i) Hitungkan setengah hayat untuk sulfur-35.

Calculate the half-life of sulfur-35.

(ii) Berapa lamakah waktu yang diperlukan untuk aktiviti suatu sampel asid sulfurik yang radioaktif untuk menyusut dari aktiviti asal 100 x 10³ dpm kepada 10 x 10³ dpm.

How long would it take for the activity to diminish from an initial activity of 100 x 10³ dpm to 10 x 10³ dpm?

4/7 (iii) Sekiranya anda menumpahkan suatu sampel asid sulfurik yang mengandungi sulfur-35 secara tidak sengaja, bolehkah anda meneutralkan radioaktiviti melalui tindak balas antara asid yang tertumpah dengan bes seperti NaOH? Jelaskan jawapan anda.

If you accidentally spilled a sample of sulfuric acid containing sulfur-35, can you neutralize the radioactivity by reacting the spilled acid with a base such as NaOH? Explain your answer.

(13 markah/marks)

(b) Keranda kepunyaan Raja Abobo daripada kerajaan silam Ayoyo memberikan bacaan 8.8 penyepaian ¹⁴C per minit per gram karbon. Anggarkan bilangan tahun sejak kemangkatan Raja tersebut. Karbon daripada bahan bernyawa adalah 15.3 penyepaian ¹⁴C per minit per gram karbon. Setengah hayat untuk

14C adalah 5.715 x 10³ tahun. Apakah anggapan yang perlu dibuat ketika menentukan bilangan tahun sejak kemangkatan Raja Abobo?

The coffin of the great King Abobo of the ancient kingdom of Ayoyo gave 8.8 disintegrations of ¹⁴C per minute per gram of carbon. Estimate the age of the coffin.

Carbon from living material gives 15.3 disintegrations of ¹⁴C per minute per gram of carbon. The half-life of ¹⁴C is 5.715 x 10³ years. What assumption must be made when estimating your answer?

(7 markah/marks)

4. (a) Senaraikan semua syarat untuk tiga jenis keseimbangan yang boleh wujud dalam pereputan radioaktif. Dalam keadaan keseimbangan sekular, tentukan bilangan atom radium untuk setiap 8.1 x 10⁶ atom uranium.

List all the conditions that will lead to the three types of equilibrium in radioactive decay.

Under secular equilibrium, determine the number of radium atoms for every 8.1 x 10⁶ uranium atoms.

(Given: t1/2 for Ra = 1602 years and U = 4.51 x 10⁹ years)

(10 markah/marks)

(b) Diberi jisim untuk ²⁶Mg adalah 25.982593 amu. Tentukan nilai tenaga pengikatan dan tenaga pengikatan per nukleon untuk ²⁶Mg. Apakah nilai yang digunakan untuk menentukan kestabilan unsur ini berbanding dengan ³⁰Mg?

The mass of ²⁶Mg is given as 25.982593. Determine the binding energy and binding energy per nucleon for ²⁶Mg. What is the value used to determine the stability of ²⁶Mg

compared with ³⁰Mg.

(4 markah/marks)

5/7 5. (a) Satu sinaran radiasi gama 200 MeV dipancarkan ke atas vahan penyerap Z dengan ketebalan 2 cm. Tenaga gama selepas penyerapan adakah 100 MeV.

Kira:

A beam of gamma radiation with energy of 200 MeV was irradiated onto an absorber, Z, of the thickness of 2 cm. The gamma energy after absorption was 100 MeV.

Calculate:

(i) Koefisyen penyerapan linear untuk bahan Z.

The linear attenuation coefficient for material Z.

(ii) Ketebalan bahan Z minimum yang boleh menyerap 60% daripada sinaran ini.

The minimum thickness of material Z that can absorb 60% of the radiation.

(9 markah/marks)

(b) Perihalkan tiga kaedah yang boleh diambil untuk mengurangkan risiko penggunaan bahan radioaktif.

Describe three methods used in minimizing the risk associated with the use of radioactive materials.

(6 markah/marks)

6. (a) Apakah istilah yang diberikan untuk proses membuat emas? Kawan anda cuba membuat emas dengan memanaskan campuran dua logam dalam relau dengan suhu 3100 ̊C. Apakah hasilan yang mungkin terjana? Jelaskan jawapan anda.

What is the term for the process of making gold? Your friend attempted to make gold by heating a mixture of two metals in a furnace heated to 3100 ̊C. What is the possible product of this reaction? Explain your answer.

(4 markah/marks)

(b) Apakah cabaran sintesis emas? Perihalkan dua kaedah yang telah terbukti dalam sintesis emas. Mengapakah saintis ingin membuat emas padahal kos pembuatan adalah jauh lebih tinggi berbanding kos perlombongan?

What are the major challenges in the synthesis of gold? Describe two methods that are proven for the synthesis of gold. Why would scientists attempt to synthesize gold when the cost of mining is lower compared with the cost of synthesis?

(6 markah/marks)

6/7 (c) Lengkapkan persamaan berikut. Namakan tindakbalas dan kirakan tenaga

yang terhasil dalam MeV untuk persamaan di bawah.

Complete the equation below. Name the reaction and calculate the energy produced in the reaction below in MeV.

(Jisim atom/ atomic mass: ²³⁵U = 235.0439 amu, ¹⁴⁰Cs = 139.9091 amu, ⁹³Rb = 92.9170 amu)

n + ²³⁵U  ¹⁴⁰Cs + ⁹³Rb + ____________

(6 markah/marks)

Useful constants:

Avogadro’s number (NA) = 6.022 x 10²³/mol mass of proton = 1.007 amu

mass of neutron = 1.008 amu speed of light (c) = 3.0 x 10⁸ m/s 6.022 x 10²³ amu = 1g

1 J = 1 kgm²/s² 1 eV = 1.602 x 10^-19 J 1 Mev = 10⁶ eV

7/7 TAMAT

END