Questão 99 do ENEM 2020 — Ciências da Natureza

A figura mostra os três estados físicos da água — vapor de água, água líquida e gelo — e as setas numeradas de 1 a 4 indicam as transições entre eles. Para responder, precisamos identificar cada transição e lembrar se ela absorve ou libera energia.

Identificando as transições

Entre o vapor e a água líquida há duas setas: a seta 1 aponta do vapor para a água líquida, e a seta 2 aponta da água líquida para o vapor. Entre a água líquida e o gelo, a seta 3 aponta da água líquida para o gelo, e a seta 4 aponta do gelo para a água líquida. Assim:

• Etapa 1 (vapor → líquido): condensação. O vapor precisa perder calor para se condensar, então é um processo que libera energia (exotérmico).
• Etapa 2 (líquido → vapor): vaporização. O líquido precisa receber calor para virar vapor, então absorve energia (endotérmico).
• Etapa 3 (líquido → gelo): solidificação. A água perde calor para congelar, então libera energia (exotérmico).
• Etapa 4 (gelo → líquido): fusão. O gelo recebe calor para derreter, então absorve energia (endotérmico).

Relacionando as energias

O comando destaca a etapa 2 (vaporização), que absorve calor. A quantidade de energia envolvida numa mudança de fase é dada por $Q = m \cdot L$, em que $L$ é o calor latente.

A transição inversa da vaporização é a condensação (etapa 1). Uma propriedade fundamental das mudanças de estado é que o processo direto e o inverso envolvem o mesmo calor latente em módulo: o calor latente de vaporização e o de condensação têm o mesmo valor absoluto, diferindo apenas no sinal (um absorve, o outro libera). Ou seja, a energia que a água absorve para vaporizar é exatamente a mesma que ela libera ao condensar a mesma massa.

Portanto, a energia absorvida na etapa 2 (vaporização) é igual à energia liberada na etapa 1 (condensação), o que corresponde à alternativa E.

Análise das demais alternativas:

• A) Incorreta. A etapa 4 (fusão) absorve energia, e não libera; além disso, o calor latente de fusão é diferente do de vaporização.
• B) Incorreta. A etapa 3 (solidificação) libera energia, não absorve; e sua magnitude difere da vaporização.
• C) Incorreta. É verdade que a etapa 3 libera energia, mas o calor latente de solidificação/fusão não é igual ao de vaporização; só a transição inversa exata (condensação) garante mesma energia em módulo.
• D) Incorreta. A etapa 1 (condensação) libera energia, não a absorve.
• E) Correta. A condensação (etapa 1) é o inverso da vaporização (etapa 2) e libera a mesma quantidade de calor em módulo.