ENEM 2013 segunda aplicação
Devido à sua resistência mecânica, baixa condutividade térmica e transparência à luz, o vidro tem sido cada vez mais utilizado na construção civil, aplicado em portas, janelas e telhados. Sua transparência é importante porque resulta em uma grande economia da energia elétrica usada na iluminação interna do ambiente. Microscopicamente, a transparência ocorre devido à forma com que a luz incidente interage com os elétrons dos átomos que compõem o material vítreo.
A transparência pode ser explicada, considerando-se que a luz
é absorvida pelos elétrons e transformada em calor.
é absorvida pelos elétrons e reemitida em todas as direções.
não é absorvida pelos elétrons e é espalhada em diversas direções.
não é absorvida pelos elétrons e continua seu caminho em trajetórias regulares.
é absorvida pelos elétrons e reemitida de volta pela mesma trajetória de onde veio.
Resolução
A questão aborda o fenômeno da transparência do vidro, relacionando-o à interação da luz com os elétrons do material em nível microscópico. O texto introdutório destaca a importância da transparência para a economia de energia elétrica na iluminação.
Para entender a transparência, precisamos considerar como a luz (composta por fótons) interage com os elétrons nos átomos do vidro. Os elétrons em um átomo ocupam níveis de energia específicos. Para que um elétron absorva um fóton, a energia desse fóton deve ser exatamente igual à diferença de energia entre o nível atual do elétron e um nível de energia mais alto permitido.
No caso do vidro, que é um material isolante, os elétrons estão fortemente ligados aos átomos e existe uma grande diferença de energia (chamada de "band gap" ou hiato de energia) entre os níveis de energia ocupados (banda de valência) e os próximos níveis desocupados (banda de condução) onde os elétrons poderiam ser excitados.
A luz visível possui fótons com energias que são, em geral, menores do que essa diferença de energia (band gap) no vidro. Como resultado, os elétrons nos átomos de vidro não conseguem absorver a energia dos fótons da luz visível, pois não há níveis de energia acessíveis correspondentes a essa quantidade de energia.
Se a luz não é absorvida, ela continua a se propagar através do material. Em materiais transparentes como o vidro, essa propagação ocorre de forma ordenada, com pouca ou nenhuma dispersão (espalhamento) significativa. Isso significa que a luz atravessa o material mantendo trajetórias relativamente regulares (sofrendo refração na interface, mas não sendo desviada aleatoriamente dentro do material).
Analisando as alternativas:
- A: Incorreta. A absorção e transformação em calor é característica de materiais opacos ou que absorvem certas frequências de luz.
- B: Incorreta. A absorção é o contrário da transparência. Reemissão em todas as direções (espalhamento) caracterizaria um material translúcido ou opaco.
- C: Incorreta. Embora a luz não seja significativamente absorvida, o espalhamento em diversas direções tornaria o material translúcido (como vidro jateado), não transparente.
- D: Correta. A luz visível não tem energia suficiente para ser absorvida pelos elétrons do vidro e, portanto, continua seu caminho através do material em trajetórias regulares, resultando na transparência.
- E: Incorreta. Absorção contradiz a transparência. Reemissão de volta pela mesma trajetória descreve a reflexão especular, não a transmissão.
Portanto, a transparência é explicada pelo fato de a luz visível não ser absorvida pelos elétrons do vidro e continuar seu caminho em trajetórias regulares através do material.
Dicas
Erros Comuns
Revisão de Conceitos:
- Interação Luz-Matéria: A luz (fótons) pode interagir com a matéria (átomos, elétrons) de várias formas: absorção, transmissão, reflexão e espalhamento.
- Níveis de Energia Eletrônica: Em átomos e sólidos, os elétrons só podem ocupar níveis de energia discretos ou bandas de energia.
- Absorção: Ocorre quando um fóton tem energia correspondente à diferença entre dois níveis de energia permitidos para um elétron. O elétron absorve o fóton e passa para um nível de energia mais alto. A energia absorvida pode ser convertida em calor ou reemitida como luz (fluorescência/fosforescência).
- Transmissão: Ocorre quando a luz passa através de um material sem ser significativamente absorvida ou espalhada.
- Transparência: Propriedade de materiais que permitem a passagem da luz com mínima absorção e espalhamento, de modo que objetos podem ser vistos claramente através deles. Microscopicamente, isso geralmente ocorre porque a energia dos fótons da luz visível não é suficiente para excitar os elétrons do material para níveis de energia mais altos (o "band gap" é maior que a energia dos fótons visíveis).
- Espalhamento (Scattering): Ocorre quando a luz, ao interagir com as partículas do meio, é desviada em múltiplas direções aleatórias. Torna os materiais translúcidos ou opacos.
