ENEM 2018 — questão 122 de Física
Enunciado em texto
Alguns materiais sólidos são compostos por átomos que interagem entre si formando ligações que podem ser covalentes, iônicas ou metálicas. A figura apresenta a energia potencial de ligação em função da distância interatômica em um sólido cristalino. Analisando essa figura, observa-se que, na temperatura de zero kelvin, a distância de equilíbrio da ligação entre os átomos (R₀) corresponde ao valor mínimo de energia potencial. Acima dessa temperatura, a energia térmica fornecida aos átomos aumenta sua energia cinética e faz com que eles oscilem em torno de uma posição de equilíbrio média (círculos cheios), que é diferente para cada temperatura. A distância de ligação pode variar sobre toda a extensão das linhas horizontais, identificadas com o valor da temperatura, de T₁ a T₄ (temperaturas crescentes).
[Figura: curva de energia de ligação × distância interatômica, com um poço assimétrico. R₀ marca o mínimo (T = 0 K). Quatro linhas horizontais T₁ a T₄ cortam a curva em alturas crescentes, e os círculos cheios que marcam o ponto médio de cada uma se deslocam progressivamente para a direita.]
O deslocamento observado na distância média revela o fenômeno da
a) ionização. b) dilatação. c) dissociação. d) quebra de ligações covalentes. e) formação de ligações metálicas.
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
Esta questão explica a dilatação térmica por dentro — no nível dos átomos. É raro e vale entender, porque responde a uma pergunta que quase ninguém faz: por que aquecer faz o material crescer, e não apenas vibrar mais?
Passo 1 — ler o gráfico. A curva de energia potencial em função da distância interatômica tem um poço. O fundo do poço é : a distância de equilíbrio a 0 K, onde os átomos ficariam parados.
Passo 2 — o que a temperatura faz. Acima de 0 K os átomos ganham energia cinética e oscilam. Cada temperatura corresponde a uma linha horizontal no gráfico: o átomo vai e volta entre os dois pontos em que essa linha corta a curva.
Passo 3 — a assimetria, que é o coração da questão. O poço não é simétrico: a parede da esquerda (átomos se aproximando) é muito íngreme, e a da direita (átomos se afastando) é suave. Consequência: ao subir de nível, a oscilação se estende muito mais para a direita do que para a esquerda.
Por isso o ponto médio da oscilação — os círculos cheios da figura — desloca-se para a direita conforme . A distância média entre os átomos aumenta.
Passo 4 — a conclusão. Se a distância média entre os átomos cresce, o sólido inteiro cresce. Isso é, por definição, dilatação térmica.
Por que as outras caem:
• A (ionização): exigiria arrancar elétrons — energia muito maior, e a curva mostra os átomos ainda ligados.
• C (dissociação) e D (quebra de ligações covalentes): aconteceriam se a energia chegasse a zero (o topo da curva, à direita) — aí sim os átomos se separariam. Mas as linhas a estão abaixo de zero: as ligações continuam intactas. É o que o gráfico mostra explicitamente.
• E (formação de ligações metálicas): o enunciado diz que as ligações já existem; aquecer não cria ligações novas.
O detalhe que fecha o raciocínio: se o poço fosse simétrico (uma parábola perfeita), o ponto médio da oscilação não se moveria — e os sólidos não dilatariam. A dilatação existe porque a repulsão a curta distância é mais brusca que a atração a longa distância.
A ideia em uma frase: o poço de energia é assimétrico, então oscilar mais forte significa afastar-se mais na média — e isso é a dilatação vista por dentro.
Resposta: alternativa B.
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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