ENADE 2017: No início da década de 1920, os físicos Otto Stern e Walter Gerlach realizaram um experimento

ENADE 2017: No início da década de 1920, os físicos Otto Stern e Walter Gerlach realizaram um experimento para confirmar a hipótese da quantização espacial proposta por Arnold Sommerfeld como um aprimoramento do modelo atômico de Niels Bohr. Nessa experiência, átomos de prata aquecidos em um forno foram colimados por uma fenda e passaram entre os polos de um eletroímã, cujo campo magnético não era uniforme e variava na coordenada perpendicular (z) ao plano (xy) do feixe.

Sem o campo magnético, esse feixe atingia uma placa de vidro e deixava um traço que reproduzia a forma da fenda (figura 1). Entretanto, com o campo magnético, o feixe formava um traço dividido na forma deum “lábio entreaberto” (figura 2). Em 1927, o experimento foi refeito com átomos de hidrogênio e o resultado foi o mesmo.

Na hipótese de Sommerfeld, o momento magnético de um átomo é quantizado e a mecânica quântica prevê atualmente que a componente z do momento angular magnético possa ter 2j +1 valores, em que j é o número quântico associado ao momento angular total do átomo. Se j = 0, correspondente ao momento angular zero do átomo, o momento magnético será zero e não haverá deflexão dos átomos. Se j=1, existirão três orientações possíveis da componente z do momento magnético, e o feixe original dos átomos será dividido em três feixes.

TIPLER, P.Física: - Ótica e Fisica Moderna. v.4. 3. ed. Rio de Janeiro: Ltc, 1995 (adaptado).

Com relação à interpretação atual da mecânica quântica a respeito do experimento exposto, avalie as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.

I. A prata (Z = 47) possui apenas um elétron de valência no subnível 5s e pode ser aproximada para um átomo de um elétron com seu movimento orbital e, desse modo, o não surgimento de uma terceira linha central entre os “lábios” na placa de vidro resulta da interação do campo magnético externo produzido pelo eletroimã com o magnetismo do movimento orbital de cada elétron isoladamente, e que não possui o momento magnético zero.

PORQUE

II. Existem apenas dois vetores possíveis, duas orientações da componente z, correspondentes aos dois spins do elétron, aos quais são atribuídos os números quânticos -1/2 e +1/2 oriundos das duas direções de movimento de rotação (spin) do elétron.

A respeito dessas asserções, assinale a opção correta.

A) As asserções I e II são proposições verdadeiras, e II é uma justificativa correta da I.

B) As asserções I e 11 são proposições verdadeiras, mas a II não é a justificativa correta da I.

C) A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.

D) A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.

E) As asserções I e II são proposições falsas.

RESOLUÇÃO:

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GABARITO:

E) As asserções I e II são proposições falsas.

PRÓXIMA QUESTÃO:

- ENADE 2017: Um cientista apresentou, em um congresso, o esquema de um mecanismo e a respectiva curva, em unidades arbitrárias e fora de escala, da energia livre de Gibbs em função da altura.