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 (R0) 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 T1 a T4, (temperaturas crescentes).
Questão 118 do ENEM 2018 — Ciências da Natureza
Resolução comentada
Esta questão pede que se conecte o comportamento microscópico dos átomos a um fenômeno macroscópico do cotidiano. O gráfico descreve o "poço de energia potencial" de uma ligação química.
Lendo o gráfico de energia potencial
O eixo horizontal é a distância interatômica e o eixo vertical é a energia de ligação. No zero absoluto (), os átomos ficam na distância de equilíbrio , no fundo do poço — ponto de máxima estabilidade, em que atração e repulsão se equilibram.
O efeito da temperatura e a assimetria da curva
Ao fornecer calor, a temperatura sobe (). Temperatura é medida da agitação térmica: os átomos ganham energia cinética e passam a oscilar em torno da posição de equilíbrio. No gráfico, cada oscilação aparece como uma linha horizontal, cuja extensão cresce com a temperatura.
O ponto central da questão é a assimetria da curva de energia potencial. Esse tipo de poço costuma ser mais íngreme do lado da compressão (aproximar os átomos custa muita energia, pois a repulsão entre os núcleos positivos dispara) e mais suave do lado do afastamento (é mais fácil afastar do que espremer os átomos).
A conclusão macroscópica
Por causa dessa assimetria, quanto maior a energia (maior a temperatura), mais os átomos conseguem se afastar do que se aproximar. Assim, a posição média de equilíbrio, marcada pelos círculos cheios, desloca-se no sentido de maior distância à medida que a temperatura sobe.
Ou seja: aumentando a temperatura, aumenta a distância média entre os átomos. Se todas as distâncias interatômicas de um sólido crescem, o volume total do material também cresce. Esse aumento das dimensões de um corpo por elevação da temperatura é a dilatação térmica.
Vale reforçar por que as outras alternativas não servem:
- Não há dissociação nem quebra de ligações: os átomos seguem presos dentro do poço, apenas oscilando; para romper a ligação seria preciso energia suficiente para separá-los indefinidamente.
- Ionização é perda ou ganho de elétrons, o que não está em questão.
- O aquecimento, dentro da fase sólida, não converte a ligação em metálica.
Portanto, o deslocamento da distância média revela a dilatação.
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Fonte: prova oficial do ENEM 2018 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.