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Questão 118 do ENEM 2018

2º dia · Ciências da Natureza · H17 · Física: Dilatação térmica

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 (R_0) 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 T_1 a T_4 (temperaturas crescentes).

Gráfico da energia de ligação em função da distância interatômica, com poço de potencial assimétrico com mínimo em R0 para T = 0 K e quatro níveis de temperatura (T1 a T4) com círculos pretos indicando as posições médias de equilíbrio deslocadas para a direita.

O deslocamento observado na distância média revela o fenômeno da

  1. A
    ionização.
  2. B
    dilatação.
  3. C
    dissociação.
  4. D
    quebra de ligações covalentes.
  5. E
    formação de ligações metálicas.
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Resolução comentada

A curva de energia potencial de ligação é assimétrica: sobe de forma muito íngreme à esquerda de R_0 (repulsão forte quando os átomos se aproximam) e de forma suave à direita (atração que enfraquece aos poucos).

Quando a temperatura aumenta, os átomos ganham energia cinética e oscilam entre dois extremos, que são as pontas da linha horizontal de cada temperatura (T_1 a T_4).

Como o poço é assimétrico, quanto mais alta a linha, mais ela se estende para a direita do que para a esquerda. Por isso o ponto médio da oscilação (o círculo cheio) se desloca para distâncias maiores:

  1. Em T = 0\ \text{K}, a distância é R_0.
  2. De T_1 a T_4, a distância média cresce a cada temperatura.
  3. Distância média maior entre os átomos de todo o sólido significa que o material aumenta de tamanho ao ser aquecido.

Esse aumento das dimensões do sólido com a temperatura é a dilatação térmica.

Não há átomo virando íon, nem ligação sendo rompida ou criada: as linhas T_1 a T_4 ficam dentro do poço, e os átomos continuam ligados.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AIonização é perda ou ganho de elétrons, algo que a curva de energia em função da distância não mostra.
  • CDissociação exigiria afastamento total dos átomos, mas as oscilações ficam dentro do poço e a ligação se mantém.
  • DNão há quebra de ligação: mesmo em T_4 os átomos continuam oscilando ligados, e a figura não se restringe a ligações covalentes.
  • ENenhuma ligação nova se forma; o tipo de ligação não muda com a temperatura.

Assunto: Dilatação térmica.

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