Um sistema é formado por partículas que apresentam a composição atômica 10 prótons, 10 elétrons e 11 nêutrons. Ao sistema foram adicionadas novas partículas. O sistema resultante será quimicamente puro se as partículas adicionadas apresentarem a seguinte composição atômica:
(a) 21 prótons, 10 elétrons e 11 nêutrons
(b) 10 prótons, 10 elétrons e 12 nêutrons
(c) 11 prótons, 11 elétrons e 11 nêutrons
(d) 20 prótons, 20 elétrons e 22 nêutrons
(e) 11 prótons, 11 elétrons e 12 nêutrons

Passo 1

O enunciado dá um sistema formado por partículas com composição atômica: 10 prótons, 10 elétrons e 11 nêutrons. Em seguida foram adicionadas novas partículas, e a pergunta é: quais das opções (a) a (e) descreve partículas que, ao serem adicionadas, deixam o sistema quimicamente puro?
Informações relevantes fornecidas:
  • Composição inicial de cada partícula do sistema: 10 prótons, 10 elétrons, 11 nêutrons.
  • As opções (a)–(e) fornecem composições atômicas das partículas adicionadas (prótons, elétrons, nêutrons).
  • Precisa-se identificar qual opção mantém o sistema quimicamente puro após a adição.

Passo 2

O que significa, na prática, “quimicamente puro” aqui? Vou explicar passo a passo, devagarinho.
  • O número de prótons de um átomo é o que define de que elemento ele é. Esse número chama-se número atômico Z. Dois átomos com o mesmo Z são o mesmo elemento químico (mesmo “nome” químico).
  • O número de nêutrons afeta a massa do núcleo e determina o isótopo, mas não muda o elemento. Por exemplo, \,^{12}\mathrm{C} e \,^{14}\mathrm{C} têm o mesmo Z (carbono) mas são isótopos diferentes.
  • O número de elétrons determina a carga elétrica do átomo (neutro, cátion ou ânion). Um átomo ionizado ainda é do mesmo elemento (mesmo Z), embora suas propriedades químicas possam variar um pouco.
Conclusão prática para este exercício: para que o sistema permaneça quimicamente puro (ou seja, contenha somente um único elemento químico), as partículas adicionadas devem ter o mesmo número de prótons que as partículas originais. Diferenças no número de nêutrons implicam apenas em isótopos, e diferenças no número de elétrons implicam em íons, mas o elemento permanece o mesmo se o número de prótons for igual.

Passo 3

Aplicando a regra: comparar o número de prótons de cada opção com o número de prótons das partículas originais, que é 10. Só as partículas com 10 prótons serão do mesmo elemento que o sistema original.

Passo 4

Análise opção a opção (checando apenas o número de prótons, que é o critério decisivo):
  • Opção (a): partículas com 21 prótons, 10 elétrons e 11 nêutrons.
    21 \neq 10, logo não são do mesmo elemento — sistema fica impuro.
  • Opção (b): partículas com 10 prótons, 10 elétrons e 12 nêutrons.
    10 = 10, ou seja, são o mesmo elemento (mesmo Z). Aqui mudam os nêutrons ( 11 \to 12), então passa a haver isotopos diferentes do mesmo elemento, mas quimicamente ainda é um sistema puro (mesmo elemento químico). Além disso, os elétrons são 10, então são átomos neutros — isso só confirma que são átomos normais desse elemento (um é ^{21}X e o outro ^{22}X, por exemplo), mas ambos do mesmo elemento.
  • Opção (c): partículas com 11 prótons, 11 elétrons e 11 nêutrons.
    11 \neq 10, portanto elemento diferente — sistema impuro.
  • Opção (d): partículas com 20 prótons, 20 elétrons e 22 nêutrons.
    20 \neq 10, portanto elemento diferente — sistema impuro.
  • Opção (e): partículas com 11 prótons, 11 elétrons e 12 nêutrons.
    11 \neq 10, portanto elemento diferente — sistema impuro.

Passo 5

Resumo e interpretação final: somente a opção cuja contagem de prótons seja igual a 10 garante que as partículas adicionadas são do mesmo elemento químico que as originais. Das alternativas, apenas a (b) tem 10 prótons. As diferenças em nêutrons em (b) significam apenas isótopos diferentes do mesmo elemento, o que não quebra a pureza química (ainda é um único elemento).

Resposta

(b)

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