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 (\(^{2}_{1}\text{H}\)) e trítio (\(^{3}_{1}\text{H}\)), que, dentro de um intenso campo magnético, são aquecidos a 150 milhões de graus Celsius. Nessas condições, \(^{2}_{1}\text{H}\) e \(^{3}_{1}\text{H}\) fundem-se formando \(^{4}_{2}\text{He}\) 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.
Próton; \(\Delta H<0\)
Próton; \(\Delta H>0\)
Nêutron; \(\Delta H<0\)
Nêutron; \(\Delta H>0\)
Elétron; \(\Delta H<0\)
Resolução
Na representação de um isótopo, o número superior é o número de massa, que indica a quantidade de prótons e nêutrons do núcleo. O número inferior é o número atômico, que indica a quantidade de prótons. Assim, o deutério tem 2 partículas no núcleo, sendo 1 próton, e o trítio tem 3 partículas no núcleo, sendo também 1 próton.
Nessa reação nuclear, conservam-se o número total de prótons e nêutrons e a carga elétrica. Antes da fusão, os dois núcleos somam 2 + 3 = 5 partículas e 1 + 1 = 2 prótons. O núcleo de hélio formado contém 4 partículas, sendo 2 prótons.
Portanto, o outro subproduto deve ter número de massa 5 − 4 = 1 e número atômico 2 − 2 = 0. Isso significa que ele é uma partícula sem prótons e sem carga elétrica: um nêutron.
O enunciado afirma que a fusão libera energia; portanto, o processo é exotérmico. Pela convenção de sinais da entalpia, processos exotérmicos apresentam variação de entalpia negativa, pois os produtos têm entalpia menor que os reagentes. Assim, ΔH < 0, em que ΔH representa a variação de entalpia do processo.