A água contendo isótopos { }^{2} \mathrm{H} é denominada “água pesada”, porque a molécula { }^{2} \mathrm{H}_{2}{ }^{16} \mathrm{O} quando comparada com a molécula { }^{1} \mathrm{H}_{2}{ }^{16} \mathrm{O} possui:
(a) maior número de nêutrons.
(b) maior número de prótons.
(c) maior número de elétrons.
(d) menor número de elétrons.
(e) menor número de prótons.

Passo 1

O enunciado fornece as duas moléculas e pede para escolher a afirmativa correta sobre a comparação entre elas:
  • Molécula de água leve: \;{ }^{1}\mathrm{H}_{2}{ }^{16}\mathrm{O}.
  • Molécula de água pesada: \;{ }^{2}\mathrm{H}_{2}{ }^{16}\mathrm{O}.
O que é pedido: identificar qual das alternativas (a)–(e) é verdadeira ao comparar a molécula com { }^{2}\mathrm{H} com a molécula com { }^{1}\mathrm{H}.
Informações relevantes dadas no enunciado (retiradas diretamente das fórmulas das moléculas):
  • Os hidrogênios na água leve são { }^{1}\mathrm{H}.
  • Os hidrogênios na água pesada são { }^{2}\mathrm{H}.
  • O oxigênio é { }^{16}\mathrm{O} em ambas as moléculas.

Passo 2

Relembrando a estrutura do átomo (coisa básica e útil aqui):
  • O núcleo do átomo contém prótons e nêutrons.
  • Os elétrons orbitam ao redor do núcleo.
  • Para um átomo neutro, o número de elétrons é igual ao número de prótons.
Vou formalizar com símbolos para ficar claro:
A = Z + N
onde:
  • A é o número de massa (prótons + nêutrons),
  • Z é o número atômico (nº de prótons),
  • N é o número de nêutrons.

Passo 3

Interpretando a notação dos isótopos:
  • Para { }^{1}\mathrm{H} temos A=1. Como todo hidrogênio tem Z=1 (um próton), então o número de nêutrons é
N = A - Z = 1 - 1 = 0.
  • Para { }^{2}\mathrm{H} (deutério) temos A=2. Mantendo Z=1, o número de nêutrons é
N = A - Z = 2 - 1 = 1.
Portanto cada átomo de { }^{2}\mathrm{H} tem um nêutron a mais que um átomo de { }^{1}\mathrm{H}. O número de prótons em ambos continua Z=1.

Passo 4

Agora conto prótons, nêutrons e elétrons nas moléculas inteiras para comparar (lembre: { }^{16}\mathrm{O} tem Z=8 e A=16, logo N=8 para o oxigênio).
Para { }^{1}\mathrm{H}_{2}{ }^{16}\mathrm{O} (água leve):
  • Prótons: hidrogênios =2\times 1, oxigênio =8. Total de prótons:
2\cdot 1 + 8 = 10.
  • Nêutrons: hidrogênios =2\cdot 0, oxigênio =8. Total de nêutrons:
2\cdot 0 + 8 = 8.
  • Elétrons (átomo neutro → elétrons = prótons): 10.
Para { }^{2}\mathrm{H}_{2}{ }^{16}\mathrm{O} (água pesada):
  • Prótons: hidrogênios =2\cdot 1, oxigênio =8. Total de prótons:
2\cdot 1 + 8 = 10.
  • Nêutrons: hidrogênios =2\cdot 1, oxigênio =8. Total de nêutrons:
2\cdot 1 + 8 = 10.
  • Elétrons (átomo neutro → elétrons = prótons): 10.

Passo 5

Comparando os resultados obtidos:
  • Número de prótons: água leve =10, água pesada =10. Então não há diferença no número de prótons.
  • Número de elétrons: água leve =10, água pesada =10. Então não há diferença no número de elétrons.
  • Número de nêutrons: água leve =8, água pesada =10. A água pesada tem mais nêutrons (exatamente 2 nêutrons a mais, porque cada { }^{2}\mathrm{H} traz +1 nêutron e há 2 hidrogênios).
Com isso, entre as alternativas dadas, a que descreve corretamente a diferença é a que diz que a água pesada possui maior número de nêutrons.

Resposta

(a) maior número de nêutrons.

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