UFRGS 2013 — questão 23 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: quais fótons os átomos conseguem absorver, partindo do estado fundamental, sem perder o elétron.

Passo 1 — a regra. Um fóton só é absorvido se sua energia for exatamente a diferença entre o nível em que o elétron está e outro nível permitido. (Acima de 0 eV o elétron escapa: é ionização.)

Passo 2 — a partir do estado fundamental (n = 1, −13,6 eV):

$$E_2 - E_1 = -3{,}4 - (-13{,}6) = 10{,}2\ \text{eV}$$

É exatamente $E_3$: o fóton de 10,2 eV é absorvido e leva o elétron para n = 2. Já 2,3 eV e 1,9 eV não levam de n = 1 a nível nenhum (o menor salto possível a partir de n = 1 é de 10,2 eV).

Passo 3 — os átomos que foram para n = 2. A radiação é contínua, então esses átomos excitados também recebem os outros fótons:

$$-3{,}4 + 1{,}9 = -1{,}5\ \text{eV} \;(n = 3)$$

O fóton $E_2$ é absorvido (n = 2 → n = 3).

$$-3{,}4 + 2{,}3 = -1{,}1\ \text{eV}$$

que não é nível nenhum: $E_1$ não é absorvido a partir de n = 2. E, a partir de n = 3, 2,3 eV já passariam de 0 eV ($-1{,}5 + 2{,}3 = +0{,}8$): seria ionização, excluída pela pergunta.

Conclusão: são absorvidas, sem ionizar, $E_3$ e $E_2$.

⚠️ A armadilha: olhar só o estado fundamental e responder “apenas $E_3$” — que nem é alternativa — ou esquecer que, depois da primeira absorção, o átomo está num estado excitado e pode absorver o fóton de 1,9 eV.

A ideia em uma frase: o átomo só absorve o fóton cuja energia é exatamente um salto entre níveis — e depois de excitado ele pode dar novos saltos a partir do nível novo.

Resposta: alternativa D (apenas $E_2$ e $E_3$).