Questão 73 — ENEM 2015Caderno azul · 1º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Física Nuclear (fissão nuclear e reação em cadeia)
• ⚡ Nível: Médio — exige diferenciar fissão de fusão e entender o papel dos nêutrons no mecanismo de propagação da reação.
• 🎯 Tema/Habilidade: Reações nucleares e liberação de energia (fissão do ²³⁵U) — competência de interpretar textos e processos que envolvem energia nuclear.
• 🏆 Gabarito: C — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Explique, em termos físicos, por que a fissão do urânio-235 na bomba atômica configura uma reação em cadeia."
• Palavras-chave decisivas: fissão, 235U, reação em cadeia
• Armadilha típica: confundir fissão com fusão nuclear — o enunciado do poema fala em "bomba de urânio", processo que é sempre fissão, nunca fusão (fusão é o mecanismo das bombas de hidrogênio e do Sol, com núcleos leves se unindo).
• O que a resposta precisa demonstrar: identificar que o gatilho da propagação da reação é a liberação de nêutrons durante a fissão, e que esses nêutrons vão atingir novos núcleos de ²³⁵U, repetindo o processo indefinidamente enquanto houver massa crítica de combustível.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Fissão nuclear: processo em que um núcleo pesado e instável (como o ²³⁵U) se rompe em dois núcleos menores ao ser atingido por um nêutron, liberando grande quantidade de energia (calor e radiação) e, crucialmente, novos nêutrons.
• Reação em cadeia: sequência autossustentada de fissões, na qual os nêutrons liberados em cada fissão são capazes de induzir novas fissões em núcleos vizinhos, multiplicando o número de eventos a cada "geração".
• Massa crítica: quantidade mínima de material físsil necessária para que, em média, ao menos um nêutron liberado por fissão consiga induzir outra fissão antes de escapar do sistema — sem massa crítica, a reação em cadeia não se sustenta.
• Isótopos ²³⁵U e ²³⁸U: o urânio natural é composto majoritariamente por ²³⁸U (não físsil por nêutrons lentos) e apenas cerca de 0,7% de ²³⁵U (físsil). Para uso bélico, o urânio precisa ser enriquecido, isto é, ter a proporção de ²³⁵U artificialmente aumentada — processo físico de separação isotópica, e não uma transmutação de ²³⁸U em ²³⁵U.
• Diferença fissão × fusão: fissão quebra núcleos pesados; fusão une núcleos leves (como isótopos de hidrogênio). São processos opostos, e o urânio, por ser um elemento pesado, sofre fissão — nunca fusão nas condições descritas.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "reduz neutros e neutrinos" → o poema, em linguagem figurada, sugere a quebra de partículas subatômicas associadas ao núcleo atômico, remetendo à desintegração nuclear que ocorre na fissão.
• Evidência 2: "abana-se com o leque da reação em cadeia" → a imagem do "leque" sugere um processo que se espalha e se multiplica, exatamente a ideia física de uma reação que se autoalimenta e cresce exponencialmente — a marca registrada da reação em cadeia.
• Evidência 3: "o autor refere-se à bomba atômica de urânio" (dado do próprio enunciado) → fixa o processo nuclear em jogo como fissão do ²³⁵U, eliminando de imediato qualquer alternativa que mencione fusão.
• Síntese: o enunciado já entrega a resposta ao afirmar que se trata de bomba de urânio (fissão, não fusão); resta ao candidato saber qual produto da fissão é responsável por propagar o processo — e esse produto são os nêutrons liberados, que vão bombardear outros núcleos de ²³⁵U.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Identificar o tipo de reação nuclear envolvido

O enunciado afirma explicitamente que o poema trata da "bomba atômica de urânio". Bombas de urânio (como a "Little Boy", lançada em Hiroshima) funcionam por fissão nuclear, não por fusão. Isso já elimina de saída as alternativas D e E, que mencionam "fusão do ²³⁵U com ²³⁸U" — um processo que não existe fisicamente nessas condições, já que fusão ocorre entre núcleos leves (como isótopos de hidrogênio, no caso das bombas de hidrogênio) e exige temperaturas e pressões extremas, incompatíveis com o cenário descrito.

Subpasso 4.2 — Entender o mecanismo da fissão do ²³⁵U

Na fissão, um núcleo de ²³⁵U absorve um nêutron incidente, tornando-se instável (forma-se momentaneamente o ²³⁶U, um núcleo composto). Esse núcleo instável se rompe em dois fragmentos menores (por exemplo, bário e criptônio, em uma das rotas possíveis), liberando:

• grande quantidade de energia (na forma de energia cinética dos fragmentos, calor e radiação);
• em média 2 a 3 nêutrons livres por evento de fissão.

É exatamente aqui que mora o mecanismo da reação em cadeia: os nêutrons liberados nessa fissão inicial não desaparecem — eles se propagam pelo material físsil e podem colidir com outros núcleos de ²³⁵U vizinhos, provocando novas fissões, que por sua vez liberam mais nêutrons, e assim sucessivamente. Cada fissão gera, em potencial, 2 ou 3 novas fissões, o que caracteriza um crescimento exponencial do número de eventos — é justamente essa multiplicação descontrolada (sem moderadores ou controle, como ocorre na bomba) que libera a energia destrutiva em frações de segundo.

Subpasso 4.3 — Verificação contra as alternativas

Comparando esse mecanismo com o texto das alternativas, a única que descreve corretamente o agente físico que propaga a reação — os nêutrons liberados na fissão, que bombardeiam outros núcleos — é a alternativa C. As demais alternativas erram ao apontar o calor como agente propagador (A), ao inventar uma "conversão" de ²³⁸U em ²³⁵U que não ocorre nesse processo (B), ou ao trocar fissão por fusão (D e E).

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) fissão do 235U ocorre liberação de grande quantidade de calor, que dá continuidade à reação.

❌ Incorreta: embora a fissão realmente libere grande quantidade de calor, o calor não é o agente que propaga a reação em cadeia — ele é um subproduto da energia liberada, mas não é capaz, por si só, de induzir novas fissões em núcleos vizinhos. Quem propaga a reação são os nêutrons, não a energia térmica.

B) fissão do 235U ocorre liberação de energia, que vai desintegrando o isótopo 238U, enriquecendo-o em mais 235U.

❌ Incorreta: essa alternativa inverte a lógica física do enriquecimento. O ²³⁸U não se "transforma" em ²³⁵U por ação da energia liberada na fissão — enriquecimento é um processo físico de separação isotópica (por centrifugação, difusão gasosa etc.), feito antes da reação em cadeia, e não uma consequência dela. Não há transmutação espontânea de ²³⁸U em ²³⁵U durante a explosão.

C) fissão do 235U ocorre uma liberação de nêutrons, que bombardearão outros núcleos.

✅ Correta: descreve com precisão o mecanismo físico da reação em cadeia — a fissão de cada núcleo de ²³⁵U libera nêutrons que colidem com núcleos vizinhos, provocando novas fissões e um crescimento exponencial e autossustentado do processo, exatamente a imagem do "leque" sugerida no poema de Drummond.

D) fusão do 235U com 238U ocorre formação de neutrino, que bombardeará outros núcleos radioativos.

❌ Incorreta: erra o tipo de reação (é fissão, não fusão) e também erra a partícula propagadora — não é o neutrino (partícula praticamente sem interação com a matéria, incapaz de induzir novas reações) que sustenta a cadeia, e sim o nêutron.

E) fusão do 235U com 238U ocorre formação de outros elementos radioativos mais pesados, que desencadeiam novos processos de fusão.

❌ Incorreta: repete o erro conceitual de tratar o processo como fusão. Na fissão, os núcleos formados são mais leves que o núcleo original (fragmentação), e não mais pesados como afirma a alternativa — o urânio, elemento pesado, sofre fissão (quebra), não fusão (união).

🏆 Gabarito: C — a reação é dita "em cadeia" porque cada fissão do ²³⁵U libera nêutrons que bombardeiam e fissionam outros núcleos vizinhos, multiplicando o número de fissões a cada geração.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: a alternativa C é a única que identifica corretamente tanto o tipo de reação (fissão) quanto a partícula que efetivamente propaga o processo (o nêutron), descrevendo com fidelidade o mecanismo físico da reação em cadeia.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma trazer física nuclear em contextos históricos ou culturais (poemas, notícias, efemérides como Hiroshima e Nagasaki, usinas nucleares, radioterapia), exigindo do estudante a tradução da linguagem figurada ou jornalística para o conceito físico correto — aqui, o "leque que se abana" é metáfora para a propagação exponencial da reação.
• Generalização: sempre que uma questão mencionar "reação em cadeia" em contexto nuclear, lembre-se de que o agente propagador universal é o nêutron livre liberado na fissão — esse é o conceito-chave que resolve praticamente qualquer questão desse tipo.
• Dica de eliminação rápida: ao ler "urânio" no enunciado, elimine imediatamente qualquer alternativa que fale em "fusão" (urânio é elemento pesado, sofre fissão) — isso já descarta 2 das 5 alternativas em segundos, restando apenas comparar quem é o agente propagador correto (nêutron, calor ou transmutação isotópica).
• Conexões: o mesmo raciocínio de fissão/fusão aparece em questões sobre usinas nucleares (Angra 1 e 2) e sobre a fonte de energia do Sol (fusão de hidrogênio em hélio) — vale revisar ambos os contextos junto com este.