Na década de 1950, Jack Kilby e Robert Noyce criaram um dispositivo capaz de conter milhões de transistores…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar as propriedades dos materiais para avaliar a adequação de seu uso em diferentes aplicações (industriais, cotidianas, arquitetônicas ou tecnológicas) e/ ou propor soluções seguras e sustentáveis considerando seu contexto local e cotidiano.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Na década de 1950, Jack Kilby e Robert Noyce criaram um dispositivo capaz de conter milhões de transistores por mm^2, produzindo transformações na eletrônica. Um dos processos utilizados para a fabricação de circuitos integrados à base de SiO2 fundamenta-se na reação de Si com O2 com emprego de temperaturas que variam de 1000 a 1200 ºC, quando um rendimento ótimo é atingido. O filme de SiO2 pode ser obtido expondo o silício a alta temperatura em um ambiente contendo oxigênio de alta pureza ou usando-se vapor de água. UEL - 2013 Com base no exposto, assinale a alternativa correta.
- A) Na equação química Si(s) + 2H2O(g) ? SiO2(s) + 2H2(g), utilizando vapor de água, o silício é reduzido, o hidrogênio é reduzido e o número de oxidação do oxigênio é aumentado.
- B) Na equação química Si(s) + O2(g) ? SiO2(s), utilizando oxigênio de alta pureza, o número de oxidação do silício é aumentado.
- C) O filme de SiO2 formado em ambiente contendo vapor de água é menos poroso devido à evolução de gás H2(g) como produto da reação.
- D) O rendimento da reação de oxidação térmica representada por Si(s) + O2(g) ? SiO2(s) independe da temperatura e do tempo de aplicação do fluxo de O2(g).
- E) O rendimento da reação de oxidação térmica representada por Si(s) + O2(g) ? SiO2(s) poderá ser aumentado pela inserção de agentes redutores no ambiente reacional.
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Identifique os números de oxidação na reação Si(s) + O2(g) → SiO2(s). No silício elementar (Si(s)) e no O2 o número de oxidação é zero. No SiO2, o oxigênio tem NOX -2 (2 átomos somam -4), e o silício precisa ter NOX +4 para o composto ser neutro. Logo, o silício passa de 0 para +4 e tem seu número de oxidação aumentado. A alternativa B está correta e coincide com o gabarito oficial.
- Verifique a alternativa A na reação Si(s) + 2H2O(g) → SiO2(s) + 2H2(g). O silício vai de 0 para +4, ou seja, é oxidado e não reduzido. O hidrogênio vai de +1 (na água) para 0 (no H2), portanto é reduzido. O oxigênio mantém NOX -2 nos dois lados, então não há aumento. A alternativa está errada.
- Analise a alternativa C. A formação de H2 gasoso como subproduto tende a deixar o filme mais poroso, e não menos poroso. Além disso, o texto não afirma essa relação entre liberação de gás e porosidade. A alternativa está errada.
- Analise a alternativa D. O enunciado diz que o rendimento ótimo é atingido em uma faixa de temperatura de 1000 a 1200 ºC, o que mostra que o rendimento depende da temperatura. Como a oxidação depende do tempo e da temperatura, o rendimento também depende do tempo de exposição ao O2. A alternativa está errada.
- Analise a alternativa E. Agentes redutores favorecem a redução e tendem a impedir a oxidação do silício, que é o que queremos evitar. Para aumentar o rendimento da oxidação seria preciso usar agentes oxidantes, e não redutores. A alternativa está errada.
- Conclusão: a resposta correta é a alternativa B, que coincide com o gabarito oficial.
💡 Dica: Compreenda o processo químico de oxidação do silício para formar SiO2.
Alternativa por alternativa
O aluno considera que o silício é reduzido porque ganha oxigênio e não percebe que a oxidação do silício é o que ocorre, já que seu NOX passa de 0 para +4. Ele também pode supor que o oxigênio muda de NOX por estar em uma substância diferente.
Por que engana: Confundir a oxidação do silício com a redução do oxigênio, interpretando erroneamente os números de oxidação dos elementos na reação.
CORRETA. Na reação Si(s) + O2(g) ? SiO2(s), o número de oxidação do silício aumenta de 0 para +4.
O aluno acredita que a liberação de H2 gasoso compacta ou fecha a estrutura do filme, tornando-o menos poroso. Ele inverte a relação entre a formação de gás no processo e a porosidade resultante.
O aluno entende que, sendo a reação química sempre a mesma, o rendimento não sofre influência de fatores externos como temperatura e tempo. Ele ignora que o próprio enunciado associa o rendimento ótimo a uma faixa específica de temperatura.
O aluno confunde o papel dos agentes redutores com o dos oxidantes e acredita que, por serem reagentes de processos redox, eles favorecem a formação do SiO2. Ele não percebe que a formação do óxido exige oxidação do silício, o que um redutor dificulta.
Raio-X da questão
oxidação do silício, fabricação de SiO2
avaliacao
reação de oxidação · números de oxidação
Revisar reações de oxidação e processos de fabricação de semicondutores.
Confundir a oxidação do silício com a redução do oxigênio, interpretando erroneamente os números de oxidação dos elementos na reação.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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