Questão 109 do ENEM 2022 — Química
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 243 Am (3). O amerício expele, elemento químico amerício 95 no interior da câmara, pequenas partículas radioativas, chamadas partículas alfa, que são núcleos de átomos de
4He. Com o choque, são formados cátions e elétrons, 2 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.
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FOGO!
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Disponível em: www.explainthatstuff.com. Acesso em: 3 dez. 2018 (adaptado).
O sensor percebe a fumaça quando ela interrompe o(a)
Resolução comentada
A questão pergunta em que o sensor do detector de fumaça se baseia para perceber a presença de fumaça. O conceito é a ionização do ar por partículas alfa e a corrente elétrica resultante.
O amerício-243 emite continuamente partículas alfa (núcleos de ⁴₂He). Ao colidirem com as moléculas do ar, elas formam cátions e elétrons, que se movem em sentidos opostos entre dois eletrodos, estabelecendo uma corrente elétrica constante. Enquanto essa corrente existe, o circuito "considera que tudo está bem" e o alarme fica em silêncio.
Com um incêndio, partículas de fumaça entram na câmara e se prendem aos íons. Íons agregados à fumaça ficam mais pesados e menos móveis, de modo que a quantidade de cargas que chega aos eletrodos diminui e a corrente cai. É essa queda, detectada pelo circuito, que aciona o alarme.
A resposta é a passagem de corrente elétrica: o sensor percebe a fumaça quando ela interrompe (reduz) essa corrente. As demais opções falam de processos nucleares (fissão do hélio, fusão do hélio com o amerício, transmutação das moléculas do ar) ou do decaimento do amerício. Perceba que o decaimento radioativo do amerício continua ocorrendo normalmente com ou sem fumaça, pois é um processo nuclear espontâneo que não depende de agentes externos; e os outros processos nem acontecem no aparelho.