Questão 129 do ENEM 2020 — Ciências da Natureza

Esta questão trata de um dos experimentos mais marcantes da história da ciência: o estudo dos raios catódicos em ampolas de vidro sob vácuo, que levou J. J. Thomson à descoberta da primeira partícula subatômica e à proposição de um novo modelo atômico.

Para identificar a natureza dessa radiação invisível, vamos reunir as duas pistas fornecidas pelo experimento.

Comportamento diante das placas eletrizadas

Na figura, o tubo passa entre duas placas ligadas a cargas opostas: uma placa negativa (na parte superior) e uma placa positiva (na parte inferior). O feixe de raios catódicos é representado desviando-se em direção à placa positiva.

Uma regra fundamental do eletromagnetismo é que cargas de sinais opostos se atraem. Se o feixe é atraído pela placa positiva, então as partículas que o compõem só podem ter carga elétrica negativa.

Universalidade da partícula

O texto informa que a razão entre a carga ($q$) e a massa ($m$) das partículas, isto é, o valor de $\frac{q}{m}$, não depende do material do cátodo nem do gás dentro da ampola. Esse é o ponto decisivo: se a mesma partícula aparece independentemente da substância usada, ela não pode ser um átomo ou íon de um elemento específico (cuja massa mudaria de material para material). Trata-se, portanto, de um constituinte fundamental presente em toda e qualquer matéria.

Conclusão

Juntando as duas evidências — partícula de carga negativa e constituinte universal da matéria —, concluímos que os raios catódicos são feixes de elétrons.

Avaliando as demais opções:

• A) ânions: têm carga negativa, mas sua razão $\frac{q}{m}$ varia conforme o elemento ou molécula de origem, o que contraria a afirmação de que a identidade da partícula independe do material.
• B) cátions: têm carga positiva; seriam atraídos pela placa negativa, desviando no sentido oposto ao mostrado.
• C) prótons: têm carga positiva; também seriam atraídos pela placa negativa.
• E) partículas alfa: são formadas por $2$ prótons e $2$ nêutrons, com carga positiva ($+2$); igualmente seriam desviadas para a placa negativa e não são constituintes universais da matéria.

A única resposta que descreve uma partícula universal de carga negativa é o elétron.