Questão 71 da FUVEST 2023

Question

Uma das apostas para a produção de energia limpa, sem emissão de gases de efeito estufa e sem geração de resíduos radioativos, é a fusão nuclear, como a que ocorre nas estrelas. Em laboratório, são utilizados os isótopos de hidrogênio deutério (^2_1H) e trítio (^3_1H), que, dentro de um intenso campo magnético, são aquecidos a 150 milhões de graus Celsius. Nessas condições, ^2_1H e ^3_1H fundem-se formando ^4_2He e um outro subproduto, além de liberar uma grande quantidade de energia.

Com base nessas informações, assinale a alternativa que traz as informações corretas sobre qual é o subproduto formado e sobre a variação de entalpia desse processo.

A
Próton; \Delta\text{H}<0
B
Próton; \Delta\text{H}>0
C
Nêutron; \Delta\text{H}<0
D
Nêutron; \Delta\text{H}>0
E
Elétron; \Delta\text{H}<0

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 71 da FUVEST 2023

1ª fase · Química: Emissões radioativas, fissão e fusão

Uma das apostas para a produção de energia limpa, sem emissão de gases de efeito estufa e sem geração de resíduos radioativos, é a fusão nuclear, como a que ocorre nas estrelas. Em laboratório, são utilizados os isótopos de hidrogênio deutério (^2_1H) e trítio (^3_1H), que, dentro de um intenso campo magnético, são aquecidos a 150 milhões de graus Celsius. Nessas condições, ^2_1H e ^3_1H fundem-se formando ^4_2He e um outro subproduto, além de liberar uma grande quantidade de energia.

Com base nessas informações, assinale a alternativa que traz as informações corretas sobre qual é o subproduto formado e sobre a variação de entalpia desse processo.

A
Próton; \Delta\text{H}<0
B
Próton; \Delta\text{H}>0
C
Nêutron; \Delta\text{H}<0
D
Nêutron; \Delta\text{H}>0
E
Elétron; \Delta\text{H}<0

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Resolução comentada

Numa reação nuclear, a soma dos números atômicos (Z) e a soma dos números de massa (A) se conservam. Com isso dá para descobrir o subproduto.

Reagentes: ^2_1H + {}^3_1H. Soma dos números de massa: 2+3=5. Soma dos números atômicos: 1+1=2.
Produto conhecido: ^4_2He (A = 4, Z = 2).
O subproduto precisa ter A = 5-4=1 e Z = 2-2=0.

A partícula com massa 1 e carga 0 é o nêutron, ^1_0n:

^2_1H + {}^3_1H \rightarrow {}^4_2He + {}^1_0n

Próton seria ^1_1p (Z = 1), e elétron teria A praticamente nulo e carga negativa; nenhum dos dois conserva os números.

Quanto à entalpia: o enunciado diz que a reação libera grande quantidade de energia. Reação que libera energia é exotérmica, então a entalpia dos produtos é menor que a dos reagentes e \Delta H<0.

Subproduto: nêutron; \Delta H<0.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

AO próton tem Z = 1 e não conserva a carga; o sinal de ΔH está certo, mas a partícula está errada.
BPartícula errada (próton não conserva Z) e ΔH positivo contradiz a liberação de energia.
DIdentifica o nêutron corretamente, mas ΔH > 0 indicaria reação endotérmica, e a fusão libera energia.
EElétron não conserva os números de massa e atômico, e a reação não o produz.

Assuntos: Emissões radioativas, fissão e fusão, Reações exotérmicas e endotérmicas.

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