Questão 91 do ENEM 2018 — Ciências da Natureza

A questão trata de um dispositivo em que a luz provoca movimento em nível molecular. A peça central é o grupo azo, formado por dois átomos de nitrogênio unidos por uma ligação dupla ($N=N$), com anéis aromáticos ligados a ele (a estrutura do azobenzeno mostrada na figura).

Por que a ligação dupla é decisiva

Uma ligação dupla $N=N$ possui uma componente $\pi$ que impede a rotação livre em torno do eixo da ligação. Essa rigidez é justamente o que permite a existência de isômeros geométricos (isomeria cis-trans): os grupos ligados aos nitrogênios podem estar em lados opostos do plano da ligação (forma trans, mais alongada e linear) ou do mesmo lado (forma cis, dobrada e mais compacta).

O que a luz faz

Ao absorver luz, a molécula recebe energia suficiente para "quebrar" temporariamente a rigidez da ligação $\pi$, permitindo que ela gire e se converta de uma forma na outra. É uma fotoisomerização: comprimentos de onda diferentes disparam a conversão em sentidos opostos, alternando reversivelmente entre as formas trans e cis, como indicam as duas setas da figura. Assim, a molécula alterna entre um estado esticado (trans) e um estado encurtado (cis).

Do movimento molecular ao movimento macroscópico

Como esses grupos azo fazem parte de uma longa cadeia polimérica, quando a luz provoca a isomerização de trans para cis, cada unidade encolhe (a forma cis é mais compacta). Somado ao longo de toda a cadeia, esse encurtamento contrai o polímero, que traciona a lâmina delgada de silício e produz a flexão observada.

Avaliando as alternativas

• A (vibração dos átomos): a vibração das ligações está ligada à energia térmica e não altera a geometria da molécula a ponto de causar contração macroscópica.
• B (isomerização das ligações $N=N$, cis mais compacta que trans): descreve corretamente o mecanismo — a fotoisomerização trans→cis torna a cadeia mais curta, gerando o movimento.
• C (tautomerização): a tautomeria envolve migração de átomos (em geral hidrogênio) e mudança de conectividade, o que não ocorre aqui — só muda a orientação espacial.
• D (ressonância que encurta as ligações): a ressonância desloca elétrons $\pi$ e estabiliza a molécula, mas não promove a mudança de geometria trans→cis responsável pela flexão.
• E (variação conformacional): conformação se refere a rotações em torno de ligações simples; como se trata de uma ligação dupla $N=N$, o termo correto é variação configuracional (isomeria geométrica).

Portanto, o fenômeno decorre da isomerização das ligações $N=N$, com a forma cis mais compacta que a trans — alternativa B.