Questão 127 do ENEM 2022 — Ciências da Natureza

ENEM 2022Ciências da NaturezaPPL

Detectores de fumaça baseados em ionização funcionam como se fossem um ‐nariz eletrônico‐, acusando a presença de moléculas incomuns (fumaça) em seu interior. Dentro do aparelho, conforme esquematizado na figura, existe uma câmara de ionização aberta para o ar (1) e preenchida com íons (2) formados pelos choques das moléculas do ar com as partículas emitidas pelo elemento químico amerício $^{243}_{95}\text{Am}$ (3). O amerício expele, no interior da câmara, pequenas partículas radioativas, chamadas partículas alfa, que são núcleos de átomos de $^4_2\text{He}$. Com o choque, são formados cátions e elétrons, que transitam em direções opostas entre dois eletrodos. Enquanto houver cátions e elétrons se movendo no interior da câmara, uma corrente se estabelece entre os eletrodos no circuito (4) e, por se considerar que tudo está bem, o alarme (5) permanece em silêncio. Entretanto, se um incêndio acontecer, partículas de fumaça entram no detector e começam a obstruir a câmara de ionização (6). As partículas de fumaça se prendem aos íons, e o circuito no detector acusa essa mudança imediatamente (7), acionando o alarme (8). Assim que o incêndio é controlado, e a fumaça é removida, a câmara de detecção fica limpa, os íons voltam a se deslocar entre os eletrodos como antes, o circuito é desligado e o alarme para de tocar. <⁄p><⁄div><⁄div>

Esquema de um detector de fumaça em duas situações: em silêncio e com fumaça acionando o alarme.

Disponível em: www.explainthatstuff.com. Acesso em: 3 dez. 2018 (adaptado).<⁄p><⁄div><⁄div><⁄div><⁄section>

O sensor percebe a fumaça quando ela interrompe o(a)
A
fissão nuclear do gás hélio.
passagem de corrente elétrica.
Resposta correta
C
transmutação das moléculas do ar.
D
decaimento radioativo do amerício.
E
fusão nuclear entre o hélio e o amerício.
Gabarito oficial: alternativa B

Resolução comentada

Para resolver essa questão, precisamos entender o princípio de funcionamento do detector de fumaça descrito no texto e identificar qual processo é alterado pela presença da fumaça.

O funcionamento normal do detector

O texto nos explica que, dentro da câmara de ionização, o elemento radioativo amerício (95243Am^{243}_{95}\text{Am}) emite partículas alfa (núcleos de hélio, 24He^4_2\text{He}). Essas partículas colidem com as moléculas do ar presentes na câmara, arrancando elétrons e formando cátions e elétrons livres.

Como existem dois eletrodos na câmara (placas com cargas opostas), os cátions são atraídos para um lado e os elétrons para o outro. O movimento ordenado dessas cargas elétricas estabelece uma corrente elétrica contínua no circuito. Enquanto essa corrente elétrica estiver fluindo normalmente, o sistema "entende" que não há incêndio e o alarme permanece em silêncio.

O que acontece quando há fumaça?

Quando ocorre um incêndio, as partículas de fumaça entram na câmara de ionização. O texto afirma que "as partículas de fumaça se prendem aos íons".

Como as partículas de fumaça são muito maiores e mais pesadas do que as moléculas do ar, ao se ligarem aos íons (cátions e elétrons), elas diminuem drasticamente a mobilidade dessas cargas. Com as cargas se movendo de forma muito mais lenta ou sendo neutralizadas, o fluxo ordenado de cargas é prejudicado. Consequentemente, há uma queda brusca ou interrupção na passagem de corrente elétrica.

O circuito eletrônico do detector percebe exatamente essa diminuição na corrente elétrica e, em resposta, aciona o alarme.

Analisando as alternativas

  • A) fissão nuclear do gás hélio: Incorreta. Não ocorre fissão nuclear no processo, e a fumaça não tem capacidade de interferir em reações nucleares.
  • B) passagem de corrente elétrica: Correta. A fumaça se liga aos íons, reduzindo sua mobilidade e interrompendo a corrente elétrica que mantinha o alarme desligado.
  • C) transmutação das moléculas do ar: Incorreta. O choque das partículas alfa com o ar causa apenas ionização (perda de elétrons), não transmutação (mudança de elemento químico).
  • D) decaimento radioativo do amerício: Incorreta. O decaimento radioativo é um processo nuclear espontâneo que não é afetado por fatores externos como temperatura, pressão ou presença de fumaça.
  • E) fusão nuclear entre o hélio e o amerício: Incorreta. Não ocorre fusão nuclear no detector.

Portanto, o sensor percebe a fumaça quando ela interrompe a passagem de corrente elétrica.

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Fonte: prova oficial do ENEM 2022 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.