Questão 70 caderno branco (3) ENEM 2014 PPL

Água dura é aquela que contém concentrações relativamente altas de íons Ca²⁺ e Mg²⁺ dissolvidos. Apesar de esses íons não representarem risco para a saúde, eles podem tornar a água imprópria para alguns tipos de consumo doméstico ou industrial. Objetivando reduzir a concentração de íons Ca²⁺ e Mg²⁺ de uma amostra de água dura ao mínimo possível, um técnico em química testou os seguintes procedimentos no laboratório:

I – Decantação da amostra de água.

II – Filtração da amostra de água.

III – Aquecimento da amostra de água.

IV – Adição do solvente orgânico CCl₄ à amostra de água.

V – Adição de CaO e Na₂CO₃ à amostra de água.

BROWN, T. L. et al. Química, a ciência central. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005 (adaptado).

O método considerado viável para tratar a água dura e aumentar seu potencial de utilização é o(a)

A) decantação, pois permite que esses íons se depositem no fundo do recipiente.

B) filtração, pois assim os íons Ca²⁺ e Mg²⁺ são retidos no filtro e separados da água.

C) aquecimento da amostra de água, para que esses íons sejam evaporados e separados.

D) adição do solvente orgânico CCl₄ à amostra, para solubilizar esses íons e separá-los da água.

E) reação química com CaO e Na₂CO₃, para precipitar esses íons na forma de compostos insolúveis.

📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão

Química (Soluções e Solubilidade)
Separação de Misturas
Reações de Precipitação

🎯 Tema/Objetivo Geral: Avaliação de métodos de separação para remover íons dissolvidos de uma solução aquosa.

🎯 Nível da Questão: Médio. A questão é considerada de nível médio pois exige que o estudante não apenas conheça os métodos de separação, mas que entenda a diferença crucial entre separar partículas suspensas (mistura heterogênea) e íons dissolvidos (mistura homogênea). A necessidade de reconhecer a eficácia de uma reação química de precipitação em detrimento dos métodos físicos eleva a complexidade.

✅ Gabarito: E) reação química com CaO e Na2CO3, para precipitar esses íons na forma de compostos insolúveis. Esta alternativa é a correta porque os íons dissolvidos não podem ser removidos por métodos físicos simples. É preciso uma reação química que os transforme em um composto sólido (precipitado), para que então possam ser separados da água.

🔷 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

1.1 Transcrição Essencial 📌
“O método considerado viável para tratar a água dura e aumentar seu potencial de utilização é o(a)”

1.2 O que está sendo pedido?📌
A questão pede para que identifiquemos qual dos cinco procedimentos propostos é o único que funciona para remover os íons Ca²⁺ e Mg²⁺ que estão dissolvidos na água.

1.3 Objetivo Cristalino 📌
Nosso objetivo é analisar cada um dos cinco métodos e julgar sua eficácia para separar íons em nível molecular, concluindo qual é o único procedimento quimicamente viável.

1.4 Pergunta de Atenção ✔
Você se lembrou da diferença fundamental entre remover uma partícula sólida (como areia) e um íon dissolvido (como o sal na água)? É aqui que a maioria das armadilhas da questão se esconde!

🔷 Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários

2.1 Definições e Fórmulas / explicação de termos📌
Para entender a solução, vamos definir os conceitos mais importantes:

Água Dura: É um termo popular para água que possui altas concentrações de íons minerais, principalmente Cálcio (Ca²⁺) e Magnésio (Mg²⁺).

Exemplo do cotidiano: Sabe quando o sabão ou o shampoo não fazem muita espuma? Ou quando uma panela, após ferver água, fica com uma crosta branca no fundo? Isso geralmente é culpa da água dura.

Íon Dissolvido: Um íon está dissolvido quando ele se separa e se espalha uniformemente por todo o líquido (solvente), formando uma mistura homogênea. Pense no sal de cozinha (NaCl) dissolvido na água: você não vê mais os grãos, pois os íons Na⁺ e Cl⁻ estão completamente integrados à água. Eles são pequenos demais para serem vistos ou separados por filtros comuns.

Métodos Físicos de Separação (Decantação e Filtração): São técnicas usadas para separar misturas heterogêneas.

Decantação: Baseia-se na diferença de densidade. O componente mais denso vai para o fundo (sedimenta) e o líquido de cima pode ser retirado. Funciona para água e areia.

Filtração: Usa uma barreira porosa (filtro) para reter partículas sólidas enquanto o líquido passa. Funciona para fazer café (o filtro segura o pó e a água passa).

Reação de Precipitação: É uma reação química onde duas soluções com íons dissolvidos são misturadas e formam um novo composto que é insolúvel na água. Esse sólido que se forma “do nada” é chamado de precipitado.
- Analogia: Imagine que os íons Ca²⁺ estão solteiros na “festa” da água. Você adiciona o íon carbonato (CO₃²⁻). Eles se encontram, “se apaixonam” e formam um casal tão unido (o composto CaCO₃) que eles “saem da pista de dança”, ou seja, se tornam um sólido e vão para o fundo.

🔷 Passo 3: Tradução e Interpretação de Texto

3.1 Contextualização Simplificada 📌
Basicamente, um químico tem uma “sopa” de água com íons de cálcio e magnésio invisíveis flutuando nela. Ele precisa “pescar” esses íons para fora da sopa e deixar a água limpa. A questão é: qual das cinco “ferramentas” ou “iscas” que ele testou realmente funciona para essa pescaria em nível molecular?

3.2 Estratégia Geral 📌
A estratégia será analisar cada procedimento, um por um, e nos perguntar: “Isso consegue separar partículas que estão completamente dissolvidas?”. Vamos descartar os métodos puramente físicos que só funcionam para misturas com partículas visíveis ou não misturadas e focar no método que altera a natureza química dos íons.

🔷 Passo 4: Desenvolvimento de Raciocínio

4.1 Passo a Passo Detalhado 📌
Vamos avaliar a viabilidade de cada procedimento:

I – Decantação: Os íons Ca²⁺ e Mg²⁺ estão dissolvidos, formando uma mistura homogênea. Eles não são mais densos que a água a ponto de se depositarem no fundo sozinhos. Ineficaz.

II – Filtração: Os íons são partículas atômicas, muito menores que os poros de qualquer filtro convencional. Eles passarão direto pelo filtro junto com as moléculas de água. Ineficaz.

III – Aquecimento: Aquecer a água vai causar sua evaporação. Os íons Ca²⁺ e Mg²⁺ não são voláteis, então eles permanecerão no recipiente. Se o objetivo é usar a água, este método não só falha em remover os íons como ainda concentra-os no líquido restante. Ineficaz.
IV – Adição do solvente orgânico CCl₄: A regra de ouro da solubilidade é “semelhante dissolve semelhante”. A água é um solvente polar e os íons (Ca²⁺, Mg²⁺) são carregados, ou seja, extremamente polares. O CCl₄ (tetracloreto de carbono) é apolar. Os íons não terão nenhuma afinidade pelo CCl₄ e permanecerão dissolvidos na água. Ineficaz.

V – Adição de CaO e Na₂CO₃: Esta é a abordagem química!
1. O CaO (óxido de cálcio) reage com a água para formar Ca(OH)₂, que é básico.
2. O Na₂CO₃ (carbonato de sódio, ou barrilha) se dissolve e libera o íon carbonato (CO₃²⁻).
3. O íon carbonato reage com os íons da água dura:
  Ca²⁺(aq) + CO₃²⁻(aq) → CaCO₃(s) (Carbonato de cálcio, um sólido insolúvel – o calcário)
  Mg²⁺(aq) + CO₃²⁻(aq) → MgCO₃(s) (Carbonato de magnésio, também um sólido insolúvel)
4. Depois que esses sólidos se formam (precipitam), eles podem ser facilmente removidos por filtração ou decantação. Eficaz!

4.2 Verificação Intermediária 📌
Nossa análise mostra que os quatro primeiros métodos, sendo físicos ou baseados em solubilidade inadequada, falham. Apenas o quinto método, que promove uma reação química de precipitação, é capaz de resolver o problema.

4.3 Possível armadilha ❓/ ✔
Você pode ter pensado que a filtração (II) seria a resposta, porque a palavra “filtrar” soa como “purificar”. É uma associação mental comum. No entanto, é fundamental lembrar que a filtração só remove partículas sólidas em suspensão. Como os íons estão dissolvidos e são do tamanho de átomos, eles passam direto pelo filtro.

4.4 Fechamento e expectativa 📌
A única solução viável é a que transforma os íons solúveis em sólidos insolúveis. Portanto, esperamos que a alternativa correta descreva o processo de reação química e precipitação.

🔷 Passo 5: Análise de Alternativas

5.1 Listagem das Alternativas
A) decantação, pois permite que esses íons se depositem no fundo do recipiente.
B) filtração, pois assim os íons Ca2+ e Mg2+ são retidos no filtro e separados da água.
C) aquecimento da amostra de água, para que esses íons sejam evaporados e separados.
D) adição do solvente orgânico CCl4 à amostra, para solubilizar esses íons e separá-los da água.
E) reação química com CaO e Na2CO3, para precipitar esses íons na forma de compostos insolúveis.

5.2 Justificativa Individual

🔴 A) decantação…: Incorreta. A justificativa está errada. Íons dissolvidos não se depositam por decantação.
🔴 B) filtração…: Incorreta. A justificativa está errada. Íons dissolvidos não são retidos por filtros comuns.
🔴 C) aquecimento…: Incorreta. A justificativa está errada. Esses íons não evaporam; a água é que evapora.
🔴 D) adição do solvente…: Incorreta. A justificativa está errada. Sendo apolar, o CCl₄ não solubiliza os íons, que são polares.
🟢 E) reação química…: Correta. A justificativa descreve perfeitamente o processo de precipitação, que é o método químico correto para remover íons dissolvidos, convertendo-os em sólidos.

🔷 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

6.1 Resumo do Raciocínio 📌
Para remover íons que estão completamente dissolvidos em água, métodos físicos como decantação e filtração são ineficazes. A solução é usar um método químico que transforme esses íons solúveis em compostos sólidos e insolúveis (precipitados), que podem então ser separados da água.

6.2 Gabarito Reafirmado 📌
A alternativa correta é a E).

6.3 Resumo Final para Revisão 🔍
🔬 Lembre-se: para “pescar” um íon dissolvido, você não usa uma rede (filtro); você usa uma “isca” química (um reagente) que o transforma em um “peixe” sólido que você pode pegar.