Questão 125 — ENEM 2024Caderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

- Matérias Necessárias: Física → Física Moderna (transições eletrônicas, emissão de luz, fosforescência)

- Nível: Médio — exige reconhecer o mecanismo de emissão de luz por fosforescência como resultado de transições eletrônicas

- Tema/Habilidade BNCC: Física Moderna; transições eletrônicas; emissão e absorção de luz; luminescência

- Gabarito: C — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

- Comando reformulado: Por qual fenômeno físico o sulfeto de zinco dopado emite luz (fosforescência) após exposição à luz ambiente?

- Palavras-chave decisivas: fosforescência, ZnS dopado, brilho no escuro, consequência de

- Armadilha típica: Confundir reflexão (passiva, sem emissão própria) com fosforescência (emissão ativa após absorção). Também confundir reações nucleares (núcleo atômico) com transições eletrônicas (camadas eletrônicas).

- O que a resposta precisa demonstrar: A fosforescência é causada por transições eletrônicas — elétrons absorvem energia (durante exposição à luz), ficam em estado excitado, e depois emitem fótons ao retornar a estados de menor energia.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

- Transições eletrônicas: Elétrons nos átomos podem absorver energia (fóton) e saltar para orbitais de maior energia (excitação). Ao retornar ao estado fundamental, emitem energia na forma de luz (fóton).

- Fosforescência: Tipo de luminescência onde a emissão de luz ocorre com atraso em relação à excitação, pois os elétrons ficam presos em estados metaestáveis antes de relaxar.

- Dopagem: Adição de impurezas (Ag ou Cu) ao ZnS cria "armadilhas" eletrônicas que retardam a emissão de luz, permitindo o brilho no escuro por horas.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

- Evidência 1: A imagem mostra a placa de saída de emergência com fundo amarelo-esverdeado brilhante no escuro — evidência visual de emissão de luz própria, não reflexão.

- Evidência 2: "sulfeto de zinco (ZnS), dopado com prata ou cobre" — a dopagem cria estados energéticos intermediários nos quais os elétrons ficam temporariamente presos após excitação.

- Evidência 3: "fosforesce na cor amarelo-esverdeada após exposição à luz ambiente" — a absorção de luz durante o dia excita elétrons, que emitem gradualmente no escuro.

- Síntese: O mecanismo é puramente eletrônico: absorção de fótons → excitação de elétrons → decaimento gradual (fosforescência) → emissão de fótons amarelo-esverdeados.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Identificar o mecanismo da fosforescência

A fosforescência envolve:

1. Absorção de fótons da luz ambiente → elétrons saltam para estados excitados.

2. Os elétrons ficam "presos" em estados metaestáveis (armadilhas criadas pela dopagem com Ag/Cu).

3. Gradualmente, os elétrons relaxam para o estado fundamental, emitindo fótons (luz amarelo-esverdeada).

Esse processo inteiro são TRANSIÇÕES ELETRÔNICAS — movimentos de elétrons entre estados de energia.

Subpasso 4.2 — Eliminar as outras alternativas

- Colisões interatômicas: colisões mecânicas entre átomos → gera calor, não luz colorida específica.

- Coloração dos átomos: não é um conceito físico/químico de mecanismo de emissão.

- Reações nucleares: envolvem o núcleo atômico (prótons/nêutrons), liberando energia muito maior (MeV). A fosforescência envolve apenas elétrons (eV).

- Reflexão da luz: reflexão é passiva (devolve luz incidente). No escuro, não há luz para refletir — a placa emite luz própria.

Subpasso 4.3 — Confirmar

Apenas transições eletrônicas (C) explica a emissão de luz amarelo-esverdeada no escuro pelo ZnS dopado.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) colisões interatômicas.

Incorreta: Colisões interatômicas convertem energia cinética em calor, não em emissão de luz com comprimento de onda específico. Não é o mecanismo da fosforescência.

B) coloração dos átomos.

Incorreta: "Coloração dos átomos" não é um conceito físico preciso que explique emissão de luz. A cor emitida depende das diferenças de energia entre os estados eletrônicos, não de uma "coloração intrínseca".

C) transições eletrônicas.

Correta: A fosforescência do ZnS dopado ocorre porque elétrons absorvem energia da luz ambiente, ficam em estados excitados metaestáveis (criados pela dopagem), e emitem fótons ao retornar ao estado fundamental. Esse é exatamente o mecanismo de transições eletrônicas.

D) reações nucleares.

Incorreta: Reações nucleares envolvem o núcleo do átomo (fisão, fusão, decaimento radioativo) e liberam energia da ordem de MeV. A fosforescência envolve apenas os elétrons das camadas externas, com energias da ordem de eV — quatro ordens de grandeza menores.

E) reflexão da luz.

Incorreta: Reflexão é um processo passivo que devolve a luz incidente. Uma placa que brilha no escuro está emitindo luz própria — não há luz para refletir no escuro. Reflexão não explica o brilho persistente após a fonte de luz ser removida.

Gabarito: C — O brilho no escuro das placas de emergência ocorre por transições eletrônicas: elétrons excitados pelo ZnS dopado relaxam gradualmente, emitindo fótons amarelo-esverdeados (fosforescência).

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

- Reafirmação do gabarito: C é a única alternativa que descreve corretamente o mecanismo físico da fosforescência — transições eletrônicas entre estados de energia nos átomos do material dopado.

- Padrão de cobrança: O ENEM frequentemente aborda Física Moderna conectando fenômenos cotidianos (LEDs, fluorescência, fosforescência, laser) a transições eletrônicas.

- Generalização: Todo fenômeno luminoso em materiais (fluorescência, fosforescência, LEDs, lasers, espectros atômicos) tem origem em transições eletrônicas. A diferença entre eles está na velocidade de relaxamento e no mecanismo de aprisionamento dos elétrons.

- Dica de eliminação rápida: Elimine E (reflexão — sem luz externa no escuro). Elimine D (nuclear — energia muito alta). Elimine A e B (colisões e coloração — não explicam emissão de fótons). Reste C.

- Conexões com outros temas: Espectro atômico; modelo atômico de Bohr; fluorescência; LEDs; lasers; fotóluminescência.