Questão 105 — ENEM 2019Caderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Modelo Atômico de Bohr e Espectroscopia de Emissão
• ⚡ Nível: Médio — exige ir além do "decoreba" do teste de chama e explicar o mecanismo atômico por trás da cor observada
• 🎯 Tema/Habilidade: Emissão de radiação eletromagnética por transição eletrônica (compreender processos naturais em nível atômico)
• 🏆 Gabarito: D — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual fenômeno atômico explica a emissão de luz colorida quando um cátion metálico é aquecido na chama?"
• Palavras-chave decisivas: cor observada, emissão de radiação eletromagnética, eletrosfera atômica
• Armadilha típica: associar a cor a uma "queima" (combustão) do metal ou a uma mudança de estado físico, confundindo fenômeno macroscópico (chama, fusão) com fenômeno atômico (emissão de fóton)
• O que a resposta precisa demonstrar: entendimento de que a luz emitida resulta da reorganização de elétrons entre níveis de energia quantizados, não de reação química de combustão nem de transformação de fase

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Modelo atômico de Bohr: os elétrons ocupam níveis (camadas) de energia bem definidos e quantizados ao redor do núcleo; não existem energias intermediárias permitidas entre esses níveis.
• Estado fundamental x estado excitado: estado fundamental é a configuração de menor energia do átomo; ao receber energia externa (térmica, elétrica, luminosa), um elétron pode saltar para um nível mais afastado do núcleo, gerando o estado excitado — configuração instável e temporária.
• Emissão de radiação eletromagnética: quando o elétron excitado retorna a um nível de menor energia, ele libera o excesso de energia na forma de um fóton, cuja energia (e, portanto, cor/comprimento de onda) corresponde exatamente à diferença de energia entre os dois níveis envolvidos (ΔE = h·ν).
• Teste de chama: técnica analítica qualitativa em que o calor da chama fornece a energia de excitação; como cada elemento possui espaçamento único entre seus níveis energéticos, a cor emitida é praticamente uma "impressão digital" do cátion metálico (Na⁺ → amarelo, K⁺ → violeta, Cu²⁺ → verde-azulado, Ca²⁺ → vermelho-alaranjado, Sr²⁺ → vermelho intenso).

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "introduzir uma pequena quantidade do material de interesse em uma chama de bico de Bunsen" → a chama é a fonte de energia térmica que excita os elétrons dos átomos/íons metálicos, promovendo-os a níveis mais externos.
• Evidência 2: "observar a cor da luz emitida" → a cor é luz visível de comprimento de onda definido, um sinal característico de fenômeno quântico discreto — não uma faixa contínua de cores, como ocorreria em incandescência genérica.
• Síntese: o enunciado descreve, na prática, um espectro de emissão atômica: energia entra (calor da chama) e energia sai (fóton de luz colorida); a pergunta pede exatamente qual evento atômico libera essa energia na forma de luz, o que aponta diretamente para o modelo de Bohr e o conceito de transição eletrônica.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Absorção de energia pela chama

Ao inserir a amostra na chama do bico de Bunsen, os átomos e cátions metálicos absorvem energia térmica. Essa energia é transferida aos elétrons de valência (mais externos), que — obedecendo à quantização de energia — saltam de seu nível fundamental para um nível de energia mais alto, mais distante do núcleo. Esse é o estado excitado.

Subpasso 4.2 — Instabilidade e retorno do elétron

O estado excitado é instável: o elétron não permanece nesse nível mais externo. Em frações de segundo, ele retorna espontaneamente a um nível de menor energia — mais interno, mais próximo do núcleo —, podendo ir diretamente ao estado fundamental ou passar por níveis intermediários.

Subpasso 4.3 — Verificação: emissão do fóton e a cor característica

É exatamente nesse retorno (nível externo → nível interno) que a energia excedente é liberada, na forma de um fóton de radiação eletromagnética, com ΔE = E(externo) − E(interno) = h·ν. Como cada elemento possui um conjunto próprio e único de níveis de energia, a diferença ΔE — e, portanto, a frequência/cor da luz emitida — é característica de cada cátion metálico. Isso confirma o mecanismo: a cor observada no teste de chama nasce da transição eletrônica de um nível mais externo para outro mais interno, o que corresponde exatamente à alternativa D.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) mudança da fase sólida para a fase líquida do elemento metálico.

❌ Incorreta: fusão é um fenômeno físico macroscópico de mudança de estado (arranjo das partículas no material), não envolve emissão de fótons com energia e cor específicas de cada elemento. A cor característica do teste de chama não tem relação com a temperatura de fusão do metal.

B) combustão dos cátions metálicos provocada pelas moléculas de oxigênio da atmosfera.

❌ Incorreta: cátions metálicos já estão em estado oxidado (perderam elétrons) e não sofrem combustão — reação de oxidação típica de substâncias com carbono e hidrogênio. Além disso, mesmo que houvesse alguma reação com o O₂, ela liberaria energia predominantemente como calor, e não como luz de cor característica de cada elemento.

C) diminuição da energia cinética dos elétrons em uma mesma órbita na eletrosfera atômica.

❌ Incorreta: no modelo de Bohr, dentro de uma mesma órbita (mesmo nível de energia) a energia do elétron é constante — não há perda gradual de energia cinética "dentro" do nível. A emissão de luz exige uma mudança de órbita (de nível), não uma variação de energia dentro da mesma órbita.

D) transição eletrônica de um nível mais externo para outro mais interno na eletrosfera atômica.

✅ Correta: é exatamente esse o mecanismo — o elétron previamente excitado (em nível mais externo) retorna a um nível mais interno, mais próximo do núcleo, liberando a diferença de energia entre os dois níveis na forma de um fóton de luz visível. É essa transição que determina a cor observada.

E) promoção dos elétrons que se encontram no estado fundamental de energia para níveis mais energéticos.

❌ Incorreta (pegadinha clássica, inverte a ordem do processo): a promoção do elétron do estado fundamental para um nível mais energético é a etapa de absorção de energia (é o que acontece quando a chama aquece a amostra), e não a etapa de emissão. A luz observada é emitida no processo inverso — quando o elétron desce, e não quando sobe.

🏆 Gabarito: D — a cor emitida no teste de chama resulta da transição do elétron excitado (nível mais externo) para um nível mais interno da eletrosfera, liberando a energia excedente como fóton de luz visível.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: apenas a alternativa D descreve corretamente o sentido do fenômeno — emissão ocorre quando o elétron desce de nível, liberando energia; nenhuma das demais alternativas envolve esse mecanismo eletrônico correto.
• Padrão de cobrança: o ENEM cobra com frequência o teste de chama, fogos de artifício e lâmpadas de gás (néon, vapor de sódio) como pretextos para testar o entendimento do modelo de Bohr — absorção x emissão de energia.
• Generalização: sempre que uma questão falar em "emissão de luz/radiação" por átomos, pense em elétron descendo de nível (externo → interno); se falar em "absorção", pense no processo inverso (interno → externo).
• Dica de eliminação rápida: elimine de cara alternativas que tratam de mudança de estado físico (A) ou de reação de combustão (B), pois não envolvem estrutura eletrônica; depois, lembre que emissão = liberação de energia = elétron descendo — isso corta C (energia cinética constante numa mesma órbita) e E (que descreve absorção, não emissão).
• Conexões: este raciocínio também explica o funcionamento de fogos de artifício, lâmpadas fluorescentes/neon e a técnica de espectroscopia de emissão usada para identificar elementos químicos em laboratório e até em estrelas.