Considere que o ferro-56 tem energia de ligação ˜ 8,8 MeV por núcleon (˜ 1,41×10^-12 J). Por que a fusão…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar a evolução estelar associando-a aos modelos de origem e distribuição dos elementos químicos no Universo, compreendendo suas relações com as condições necessárias ao surgimento de sistemas solares e planetários, suas estruturas e composições e as possibilidades de existência de vida, utilizando representações e simulações, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Considere que o ferro-56 tem energia de ligação ˜ 8,8 MeV por núcleon (˜ 1,41×10^-12 J). Por que a fusão nuclear no núcleo das estrelas não produz, com liberação de energia, elementos mais pesados que o ferro?
- A) Porque o ferro tem a menor energia de ligação por núcleon, e sua fusão liberaria energia demais.
- B) Porque a fusão ocorre apenas com elementos radioativos, e o ferro é estável.
- C) Porque as estrelas esgotam o hidrogênio antes de formar qualquer elemento além do carbono.
- D) Porque o ferro-56 está entre os núcleos mais estáveis; fundi-lo com outros núcleos consome energia em vez de liberar.
- E) Porque a temperatura no núcleo das estrelas diminui à medida que elementos mais pesados se formam.
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- A energia de ligação por núcleon mede a estabilidade do núcleo. Quanto maior o valor, mais estável é o núcleo. O ferro-56, com cerca de 8,8 MeV por núcleon, está no topo dessa curva, por isso é um dos núcleos mais estáveis. Passo 2: Na fusão de núcleos leves até o ferro, o produto final tem maior energia de ligação por núcleon do que os reagentes. Essa diferença é liberada como energia, e é por isso que as estrelas produzem energia fundindo elementos leves. Passo 3: Ao chegar ao ferro, a situação se inverte. Fundir ferro-56 com outro núcleo forma um núcleo mais pesado com energia de ligação média por núcleon menor. Assim, o processo consome energia em vez de liberá-la, e a estrela não ganha energia com essa fusão. Passo 4: Por isso a alternativa D é a correta. A alternativa A está errada porque o ferro tem a maior energia de ligação por núcleon, não a menor. A alternativa B está errada porque a fusão não depende de radioatividade, e o ferro é estável justamente por isso. A alternativa C está errada porque a explicação não trata da energia de ligação e a formação de elementos além do carbono ocorre em outras etapas da vida estelar. A alternativa E está errada porque a fusão de elementos mais pesados exige temperaturas mais altas, não mais baixas. Passo 5: O gabarito oficial está correto e coincide com a resolução feita aqui.
💡 Dica: Relacione a energia de ligação por núcleon à estabilidade do núcleo e ao balanço energético da fusão.
Alternativa por alternativa
O aluno inverte o conceito de estabilidade e acredita que o ferro tem a menor energia de ligação por núcleon, quando na verdade ele tem a maior. Ele também supõe que liberar energia demais na fusão impediria o processo, o que não é a explicação física.
Por que engana: O aluno pode interpretar que maior massa ou maior número de prótons sempre implica maior energia liberada na fusão, sem considerar a energia de ligação por núcleon e a estabilidade do ferro.
O aluno confunde fusão nuclear com radioatividade e acredita que a fusão só ocorre com núcleos instáveis. Na verdade, a fusão ocorre com núcleos leves estáveis, como o hidrogênio, e o limite está na energia de ligação do produto.
O aluno lê a questão como se a resposta fosse a falta de combustível, quando o enunciado pede a razão energética. Ele não percebe que o problema é o balanço de energia de ligação, e não o esgotamento do hidrogênio.
Como o ferro-56 tem uma das maiores energias de ligação por núcleon, formar núcleos mais pesados que ele por fusão exige energia em vez de liberá-la; por isso esses elementos surgem por outros processos, como a captura de nêutrons.
O aluno imagina que, com núcleos mais pesados, o núcleo da estrela esfria, pensando na intuição de que o aumento de massa reduz a temperatura. Na realidade, fundir núcleos mais pesados exige temperaturas maiores por causa da repulsão elétrica entre eles.
Raio-X da questão
Energia de ligação nuclear
avaliacao
Energia de ligação nuclear · Estabilidade dos núcleos atômicos
Revise como a energia de ligação por núcleon indica a estabilidade dos núcleos e determina se a fusão libera ou consome energia.
O aluno pode interpretar que maior massa ou maior número de prótons sempre implica maior energia liberada na fusão, sem considerar a energia de ligação por núcleon e a estabilidade do ferro.
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