Questão 129, caderno azul do ENEM 2020 DIGITAL

No final do século XIX, muitos cientistas estavam interessados nos intrigantes fenômenos observados nas ampolas de raios catódicos, que são tubos sob vácuo em que se ligam duas placas a uma fonte de alta tensão. Os raios catódicos passam através de um orifício no ânodo e continuam o percurso até a outra extremidade do tubo, onde são detectados pela fluorescência produzida ao chocarem-se com um revestimento especial, como pode ser observado na figura. Medições da razão entre a carga e a massa dos constituintes dos raios catódicos mostram que a sua identidade independe do material do cátodo ou do gás dentro das ampolas.

Essa radiação invisível detectada nas ampolas é constituída por

A) ânions.

B) cátions.

C) prótons.

D) elétrons.

E) partículas alfa.

✍ Resolução Em Texto

  • Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
    • Química/Física Moderna: Estrutura Atômica, Descoberta do Elétron.
    • Eletromagnetismo: Interação de Partículas Carregadas com Campos Elétricos.
  • Tema/Objetivo Geral:
    • Identificar a composição dos raios catódicos com base em suas propriedades observadas experimentalmente.
  • Nível da Questão:
    • Fácil. A questão descreve o experimento clássico de J. J. Thomson que levou à descoberta do elétron. A identificação dos raios catódicos como feixes de elétrons é um conhecimento fundamental e canônico no estudo da estrutura atômica. As pistas fornecidas no texto e na imagem (origem no cátodo, desvio por placas elétricas) confirmam essa conclusão de forma direta.
  • Gabarito:
    • D) elétrons. A alternativa está correta porque o experimento descrito é, historicamente, o que levou à descoberta do elétron. As pistas (origem no polo negativo, desvio em direção à placa positiva) indicam que os raios são um feixe de partículas de carga negativa e massa muito pequena, que Thomson chamou de elétrons.

Resolução Passo a Passo

1️⃣ PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)

  • Decodificação do Objetivo: A questão é muito direta: “Do que são feitos os raios catódicos?”. Precisamos usar as pistas do texto e da imagem para descobrir a identidade dessas partículas.
  • Simplificação Radical (A Analogia Central): Pense no experimento como um jogo de tiro ao alvo no escuro. Você tem uma “arma” (o Cátodo) que dispara “projéteis” invisíveis. Você não sabe o que são, mas consegue ver onde eles acertam do outro lado (a fluorescência). Para descobrir a natureza desses projéteis, você coloca dois grandes ímãs no meio do caminho: um ímã positivo em cima e um ímã negativo embaixo. Você observa que a trajetória dos projéteis se curva para cima, em direção ao ímã positivo. O que isso te diz? Que os projéteis devem ter carga negativa, pois os opostos se atraem. O verdadeiro desafio aqui é dar o nome correto a esses “projéteis de carga negativa”.
  • Plano de Ataque (O Roteiro da Investigação): Nosso plano será o seguinte:
    1. Análise Forense das Pistas: Vamos extrair e analisar todas as pistas cruciais do texto e do diagrama.
    2. Construir o Perfil do Culpado: Com base nas pistas, vamos montar um “retrato falado” da partícula misteriosa.
    3. Procedimento de Reconhecimento: Vamos comparar nosso retrato falado com a lista de suspeitos nas alternativas.

2️⃣ PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)

Para este caso, a ferramenta é uma Tabela de Análise de Pistas.

🕵️‍♂️ Pista (Evidência do Experimento) 🔎 Análise e Tradução
Os raios saem do Cátodo, que é o polo negativo (-). A origem dos raios é uma fonte de cargas negativas.
O feixe de raios é desviado em direção à Placa Positiva (+). A lei fundamental da eletrostática diz: “cargas opostas se atraem”. Portanto, os raios devem ser constituídos por partículas de carga negativa.
“a sua identidade independe do material do cátodo ou do gás dentro das ampolas”. A partícula é um componente fundamental de toda a matéria, não uma característica de um material específico.

3️⃣ PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)

Agora, vamos juntar as pistas para construir o perfil do nosso “projétil” misterioso.

  1. Qual a carga da partícula?
    A análise da Pista 1 e 2 é conclusiva: a partícula tem carga negativa.
  2. Qual o tamanho/natureza da partícula?
    A Pista 3 é a mais genial. Se a partícula é a mesma, não importa se o cátodo é de cobre, ouro ou chumbo, isso significa que ela é uma partícula subatômica fundamental, presente em todos os átomos.

Agora vamos cruzar esse perfil com nosso conhecimento de estrutura atômica:

  • Qual é a partícula subatômica fundamental com carga negativa? O elétron.

Este experimento, realizado por J. J. Thomson no final do século XIX, foi exatamente o que levou à descoberta do elétron e provou que o átomo não era uma esfera indivisível, mas que continha partes menores.

🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO! A armadilha mais comum é se confundir com os outros tipos de partículas.

  • Ânions (A) são átomos ou moléculas que ganharam elétrons, ficando com carga negativa. Eles são muito mais pesados que a partícula fundamental e sua identidade dependeria do gás dentro da ampola.
  • Cátions (B), prótons (C) e partículas alfa (E) têm todos carga positiva. Eles seriam desviados para a placa negativa, o oposto do que a imagem mostra.
  • A Bússola (O Perfil do Culpado):
    • Síntese do raciocínio: O experimento revela um feixe de partículas com carga negativa que são um constituinte universal da matéria. Essa descrição corresponde exatamente à definição do elétron.
    • Expectativa: A alternativa correta deve ser elétrons.

4️⃣ PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)

Vamos analisar cada suspeito para confirmar nossa investigação.

  • A) ânions.
    • A “Narrativa do Erro”: O candidato sabe que ânions são negativos, mas não considera a pista da universalidade.
    • O “Diagnóstico do Erro”: Contradição com a Evidência. Se fossem ânions, sua natureza dependeria do gás residual na ampola, o que o texto nega.
    • Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

  • B) cátions.
    • A “Narrativa do Erro”: Confusão sobre a natureza das cargas.
    • O “Diagnóstico do Erro”: Contradição Direta. Cátions são positivos e seriam desviados para a placa negativa.
    • Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

  • C) prótons.
    • A “Narrativa do Erro”: Confusão sobre a natureza das cargas.
    • O “Diagnóstico do Erro”: Contradição Direta. Prótons são positivos e seriam desviados para a placa negativa.
    • Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

  • D) elétrons.
    • Análise de Correspondência: Esta alternativa se encaixa perfeitamente em todas as evidências. Elétrons têm carga negativa e são um componente fundamental de toda a matéria. Corresponde à nossa “Expectativa”.
    • Conclusão: ✔️ Alternativa correta.

  • E) partículas alfa.
    • A “Narrativa do Erro”: O candidato lembra de outra partícula famosa de experimentos atômicos.
    • O “Diagnóstico do Erro”: Contradição Direta. Partículas alfa são núcleos de hélio, com carga positiva (+2), e seriam desviadas para a placa negativa.
    • Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

5️⃣ PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)

  • Frase de Fechamento: Fica provado que a misteriosa radiação catódica é constituída por (D) elétrons, a primeira partícula subatômica a ser descoberta, abrindo as portas para a era da física atômica.
  • Resumo-flash (A Imagem Mental): Sai do negativo, vai para o positivo? É o elétron, com certeza, meu amigo!
  • 🧠 Para ir Além (A Ponte para o Futuro): O mesmo princípio da ampola de raios catódicos, um feixe de elétrons controlado por campos elétricos e magnéticos que atinge uma tela fluorescente, foi a base de uma tecnologia que dominou o século XX: a televisão de tubo de raios catódicos (CRT). Dentro de uma TV antiga, um “canhão de elétrons” (muito parecido com o cátodo da ampola) disparava um feixe de elétrons. Eletroímãs potentes desviavam esse feixe com altíssima velocidade para “varrer” a tela, que era coberta por um material fosforescente. Ao controlar a intensidade do feixe e para onde ele apontava, era possível “pintar” uma imagem completa na tela, 30 vezes por segundo. Da descoberta de uma partícula fundamental à transmissão de novelas e jogos de futebol para a sala de estar, a tecnologia dos raios catódicos mudou o mundo.

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