Questão 25 Fuvest 2024 - 1ª fase

A mudança de cor da chama pela presença de $NaCl$ deve-se à ocorrência de transições eletrônicas na eletrosfera dos íons sódio. Quando este sal é colocado na chama, os elétrons do íon sódio absorvem energia sendo excitados e, portanto, passam a ocupar estados mais energéticos da eletrosfera do íon.        
Ao atingirem estados excitados, os cátions encontram-se em condição energeticamente instável e, portanto, ocorre a relaxação dos elétrons excitados, ou seja, seu retorno a níveis de energia mais baixos liberando o acúmulo de energia preferencialmente na forma de fótons.     
A energia dos fótons liberados corresponde à diferença de energia entre o nível energético que o elétron ocupara no estado mais energético e o nível que atinge ao retornar para o estado fundamental. Essa energia ($E_{fóton}$) relaciona-se com a frequência da luz emitida pela equação de Planck:

$E_{fóton} = h.f$

em que "$h$" é a constante de Planck e "$f$" é a frequência da luz correpondente aos fótons emitidos.     
No espectro visível, cada frequência apresenta uma cor correspondente e, portanto, a cor enxergada ao colocar o sal de sódio na chama é a cor correpondente às transições eletrônicas que ocorrem nos íons sódio e, portanto, às diferenças entre as energias dos níveis da eletrosfera destas espécies químicas.     
Assim, se um material libera fótons cuja energia correponde e um comprimento de onda da luz amarela, isso implica que este também absorve fótons dessa mesma energia afinal, para que o elétron atinja o estado excitado é necessário absorver exatamente a diferença de energia entre os níveis do estado fundamental e excitado. 

a) Incorreta. A cor da chama se deve à emissão dos fótons cujo comprimento de onda correspondente tenha associada a coloração amarela. Isso é decorrente da relaxação dos elétrons, ou seja, seu retorno do estado excitado para o estado fundamental e não à absorção de energia pelos íons sódio.     

b) Incorreta. Cada elemento apresenta átomos com diferentes energia em seus orbitais atômicos e, portanto, as energias dos fótons emitidos em uma transição eletrônica se altera a depender do material excitado. Dessa forma, como a energia dos fótons é diretamente proporcional à frequência da luz emitida, a cor amarela não pode ser associada à queima de qualquer material pois se trata de uma coloração específica de espécies que contém elementos que emitem fótons com essa energia associada. O sódio de fato absorve parte da energia da chama mas não na totalidade fazendo com que se tornasse preta. 

c) Incorreta. Conforme descrito na justificativa da alternativa "b", átomos de cada elemento emite fótons de uma determinada energia e, portanto, a cor amarela não ocorre para qualquer chama já que se deve à presença de sódio.     
A fuligem formada na queima incompleta de combustíveis orgânicos ocorre na forma de material particulado e, portanto, não seria observado o perfil de escurecimento da chama descrito na imagem e sim a formação de partículas sólidas pretas em torno da chama. 

d) Incorreta. A chama de fato sofre alteração de cor na Figura (I) devido à emissão de fótons cuja energia tem a frequência correspondente a da luz amarela. Entretanto, se houvesse formação de fuligem, observaria-se a formação de material particulado sólido em torno da chama e não mudança total da coloração da chama. 

e) Correta. Ao ser colocado na chama, os elétrons dos íons sódio são excitados e, ao retornarem ao estado fundamental, liberam fótons cuja energia tem frequência associada da luz na cor amarela, o que explica a mudança de cor da chama. Isso implica que essa espécie química tem a diferença de energia entre seus orbitais correspondente à energia destes fótons. Assim, ao colocar uma lâmpada de sódio, ou seja, lâmpada que emite fótons cuja cor da luz associada é amarela, os cátions sódio absorvem toda a radiação emitida pela lâmpada e, portanto, a cor da chama que estava sendo iluminada pela fonte luminosa de sódio passa a ser preta.