O estudo das descargas em gases começa com a compreensão dos processos elementares de ionização e deionização. Sobre esses fenômenos, julgue as afirmações a seguir como Verdadeiras (V) ou Falsas (F) e justifique as falsas.
(b) A fotoionização é um processo de desionização em que elétrons livres e íons positivos se recombinam, emitindo um fóton.

Passo 1

O enunciado pede que eu julgue a afirmação como Verdadeira (V) ou Falsa (F) e justifique se for falsa. A afirmação é:
“A fotoionização é um processo de desionização em que elétrons livres e íons positivos se recombinam, emitindo um fóton.”
Informações relevantes dadas pelo enunciado:
  • A afirmação identifica um processo chamado “fotoionização”.
  • Diz que esse processo seria um processo de desionização (ou seja, recombinação) em que elétrons livres e íons positivos se recombinam e emitem um fóton.

Passo 2

Definição correta de fotoionização (explicação didática).
  • Fotoionização é o processo em que um átomo ou molécula neutra ou íon negativo absorve um fóton e, em consequência, perde um elétron livre. Em palavras simples: o fóton “arranca” um elétron da partícula.
  • A reação geral pode ser escrita como
h\nu + A \to A^+ + e^-,
onde \,h\nu é a energia do fóton, A é o átomo ou molécula neutra, A^+ é o íon positivo formado e e^- é o elétron ejetado.
  • Condição de energia: para que isso ocorra é necessário que a energia do fóton seja pelo menos igual à energia de ionização do alvo. Ou seja,
h\nu \ge E_{\text{ionização}}.çã
  • Exemplo concreto: para o hidrogênio no estado fundamental, E_{\text{ionização}}=13{,}6\\ \text{eV}çã. Assim, um fóton com h\nu\ge 13{,}6\\ \text{eV} pode causar
h\nu + \text{H} \to \text{H}^+ + e^-.

Passo 3

Definição correta de desionização / recombinação (explicação didática).
  • Desionização (ou recombinação) é o processo oposto da ionização: um elétron livre se junta a um íon positivo, formando novamente um átomo ou molécula neutra ou um íon de carga menor.
  • Uma forma comum de recombinação é a recombinação radiativa (também chamada de recombinação com emissão de fóton), cuja reação geral é
e^- + A^+ \to A + h\nu.
Aqui, a junção do elétron ao íon libera energia que pode ser emitida sob forma de um fóton.
  • Outra forma é a recombinação não-radiativa (por exemplo, recombinação a três corpos), onde a energia é transferida para um terceiro participante (outro elétron ou átomo), sem emissão imediata de fóton:
e^- + e^- + A^+ \to A + e^-.

Passo 4

Comparação direta das duas definições e identificação do erro na afirmação.
  • Fotoionização: absorção de fóton que produz um elétron livre (ionização induzida por fóton). É um processo de ionização, não de desionização.
  • Recombinação radiativa: encontro entre elétron livre e íon positivo que resulta na emissão de um fóton; esse é um processo de desionização (ou seja, redução do grau de ionização).
  • A afirmação mistura os termos: ela chama de “fotoionização” um processo que descreve exatamente a recombinação radiativa. Portanto há uma confusão de nomes: o processo descrito (elétron + íon → emissão de fóton) é recombinação radiativa, não fotoionização.

Passo 5

Consequências físicas e como distinguir experimentalmente (ajuda para prova / entendimento prático).
  • Se, experimentalmente, observa-se que a incidência de fótons produz aumento do número de elétrons livres, trata-se de fotoionização.
  • Se, ao contrário, observa-se emissão de radiação característica associada à captura de elétrons por íons, trata-se de recombinação radiativa (desionização).
  • Energia do fóton emitido na recombinação: o fóton carrega a energia liberada na captura; num caso simples de captura direta para o estado ligado com energia de ligação E_b, e partindo de um elétron com energia cinética E_k, a energia do fóton é aproximadamente
h\nu \approx E_b + E_k.
Isso é consistente com conservação de energia: a recombinação libera energia, que pode sair como fóton.

Passo 6

Resposta ao enunciado e justificativa curta e direta.
  • A afirmação é falsa porque troca os nomes dos processos: a descrição dada (recombinação de elétron livre com íon emitindo fóton) corresponde à recombinação radiativa (um processo de desionização), enquanto a fotoionização é justamente o processo contrário (um fóton provoca a saída de um elétron, ionizando a espécie).

Resposta

F

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