DIMVS
Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Questão 91

ENEM 2018 Questão 91

Pesquisas demonstram que nanodispositivos baseados em movimentos de dimensões atômicas, induzidos por luz, poderão ter aplicações em tecnologias futuras, substituindo micromotores, sem a necessidade de componentes mecânicos. Exemplo de movimento molecular induzido pela luz pode ser observado pela flexão de uma lâmina delgada de silício, ligado a um polímero de azobenzeno e a um material suporte, em dois comprimentos de onda, conforme ilustrado na figura. Com a aplicação de luz ocorrem reações reversíveis da cadeia do polímero, que promovem o movimento observado:

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Imagem da questão
TOMA, H. E. A nanotecnologia das moléculas. **Química Nova na Escola**, n.21, maio 2005 (adaptado).

O fenômeno de movimento molecular, promovido pela incidência de luz, decorre do(a)

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Resolução

A questão aborda o fenômeno de movimento molecular induzido por luz em polímeros de azobenzeno, aplicados em nanotecnologia. O enunciado descreve como a incidência de luz provoca reações reversíveis na cadeia polimérica, levando à flexão de uma lâmina. Para resolver, é necessário conhecer o comportamento fotoquímico do azobenzeno, que sofre isomerização cis-trans ao ser irradiado com luz de diferentes comprimentos de onda. O isômero trans é mais alongado, enquanto o cis é mais compacto. Essa mudança estrutural gera movimento mecânico no material, pois a contração e expansão do polímero provocam a flexão observada. Assim, a alternativa correta é a que menciona a isomerização das ligações N=N, com a forma cis mais compacta que a trans.

Comentários por alternativa

  1. A Movimento vibracional dos átomos, que leva ao encurtamento e à relaxação das ligações
    A alternativa A está incorreta porque o movimento vibracional dos átomos se refere a oscilações internas das ligações químicas, não sendo responsável por mudanças macroscópicas de forma como a flexão observada. O fenômeno descrito envolve uma mudança estrutural mais significativa, a isomerização, e não apenas vibrações.
  2. B Isomerização das ligações N=N, sendo a forma cis do polímero mais compacta que a trans.
    A alternativa B está correta. O azobenzeno sofre isomerização fotoquímica na ligação N=N: a luz promove a conversão entre os isômeros trans (mais alongado) e cis (mais compacto). Essa alteração de forma molecular é responsável pela contração e expansão do polímero, resultando no movimento observado.
  3. C Tautomerização das unidades monoméricas do polímero, que leva a um composto mais compacto.
    A alternativa C está errada porque tautomerização é um processo diferente, envolvendo a migração de um átomo de hidrogênio e a mudança de posição de uma ligação dupla, geralmente entre formas ceto-enólica, o que não ocorre no azobenzeno.
  4. D Ressonância entre os elétrons π do grupo azo e os do anel aromático que encurta as ligações duplas.
    A alternativa D está incorreta pois a ressonância dos elétrons π no grupo azo e no anel aromático influencia a estabilidade eletrônica, mas não causa mudanças estruturais significativas que levem à flexão do material. O movimento depende da isomerização, não da ressonância.
  5. E Variação conformacional das ligações N=N, que resulta em estruturas com diferentes áreas de superfície.
    A alternativa E está errada porque a variação conformacional não altera a estrutura fundamental da molécula, apenas sua orientação espacial. O que ocorre no azobenzeno é uma isomerização cis-trans, que muda a geometria da molécula, não apenas sua conformação.

Flashcards

Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.

1 / 7
1. O que é isomerização cis-trans em compostos como o azobenzeno?
É a conversão reversível entre duas formas geométricas (cis e trans) ao redor de uma ligação dupla, alterando o formato da molécula.
2. Como a luz induz a isomerização no azobenzeno?
A absorção de luz fornece energia para romper a barreira de rotação da ligação N=N, permitindo a conversão entre os isômeros cis e trans.
3. Por que o isômero cis do azobenzeno é mais compacto que o trans?
No isômero cis, os grupos fenólicos ficam do mesmo lado da ligação N=N, encurtando a molécula em relação ao isômero trans, onde ficam opostos.
4. Qual a aplicação prática do movimento molecular induzido por luz em polímeros de azobenzeno?
Pode ser usado para criar nanodispositivos e micromotores sem partes móveis, controlados por luz.
5. O que diferencia isomerização de tautomerização?
Isomerização envolve mudança na disposição espacial de átomos, enquanto tautomerização envolve transferência de hidrogênio e alteração de ligações duplas.
6. Por que a ressonância não causa flexão macroscópica em polímeros?
A ressonância estabiliza eletronicamente a molécula, mas não altera significativamente sua geometria para provocar movimento visível.
7. O que caracteriza um nanodispositivo movido por luz?
É um sistema em escala nanométrica que realiza movimento ou trabalho mecânico ao ser ativado por radiação luminosa.