Industrialmente é possível separar os componentes do ar, utilizando-se uma coluna de fracionamento. Com este processo, obtêm-se gases como: oxigênio (O2), nitrogênio (N2) e argônio (Ar). Nesse processo o ar é comprimido e se liquefaz; em seguida ele é expandido, volta ao estado gasoso e seus componentes se separam um a um.
A ordem de separação dos gases na coluna de fracionamento está baseada em qual propriedade da matéria?
A) Na densidade dos gases, ou seja, o menos denso separa-se primeiro.
B) Na pressão parcial dos gases, ou seja, o gás com menor pressão parcial separa-se primeiro.
C) Na capacidade térmica dos gases, ou seja, o gás que mais absorve calor separa-se primeiro.
D) Na condutividade térmica dos gases, ou seja, o gás que mais rápido absorve calor separa-se primeiro.
E) Na temperatura de ebulição dos gases, ou seja, o gás com menor temperatura de ebulição separa-se primeiro.
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
Química – Propriedades físicas da matéria (mudança de estado, destilação fracionada)
🎯 Tema/Objetivo Geral:
Separação de misturas, ponto de ebulição, liquefação de gases
🎯 Nível da Questão:
Médio.
Apesar de ser um conteúdo tradicional de separação de misturas, exige atenção para associar corretamente o processo de fracionamento de gases líquidos com a temperatura de ebulição, e não com pressão, densidade ou calor específico.
✅ Gabarito:
Alternativa E.
O fracionamento dos componentes do ar líquido ocorre com base na temperatura de ebulição — o gás com menor ponto de ebulição se vaporiza primeiro.
🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
1.1 Transcrição Essencial 📌
“A ordem de separação dos gases na coluna de fracionamento está baseada em qual propriedade da matéria?”
1.2 O que está sendo pedido? 📌
Identificar a propriedade física que determina a ordem de separação dos gases durante a vaporização.
1.3 Objetivo Cristalino 📌
Saber qual característica física é usada como critério para separar gases como oxigênio, nitrogênio e argônio em uma coluna de fracionamento.
1.4 Pergunta de Atenção ✔
Você lembra qual propriedade define a ordem em que substâncias mudam de estado físico quando aquecidas?
📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
2.1 Definições e Fórmulas / explicação de termos 📌
- Coluna de fracionamento:
Equipamento usado para separar misturas com base em ponto de ebulição. Muito comum em refinarias e na separação de gases do ar.
- Liquefação de gases:
Processo em que gases são resfriados e comprimidos até virarem líquido.
- Ponto de ebulição (temperatura de ebulição):
Temperatura na qual uma substância passa do estado líquido para o gasoso.
📌 Quanto menor o ponto de ebulição, mais cedo a substância se vaporiza ao ser aquecida
- Exemplo prático:
No ar liquefeito:- Nitrogênio (N₂): ponto de ebulição ≈ –196 °C
- Argônio (Ar): ≈ –186 °C
- Oxigênio (O₂): ≈ –183 °C
➡️ Ordem de vaporização: N₂ → Ar → O₂
📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
3.1 Contextualização Simplificada 📌
Quando o ar é resfriado e comprimido, ele vira líquido. Depois, ao ser lentamente aquecido, cada componente “evapora” em uma ordem específica, conforme sua temperatura de ebulição.
3.2 Estratégia Geral 📌
Identificar que a ordem de evaporação depende da temperatura de ebulição — a substância que ferve em menor temperatura será a primeira a sair da mistura.
🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
4.1 Passo a Passo Detalhado 📌
Etapa 1: O ar é inicialmente comprimido e resfriado, virando uma mistura líquida de gases.
Etapa 2: Esse líquido é aquecido lentamente. Cada gás “sai” na ordem de menor para maior ponto de ebulição.
Etapa 3:
🔹 Nitrogênio (–196 °C) → evapora primeiro
🔹 Argônio (–186 °C) → evapora depois
🔹 Oxigênio (–183 °C) → por último
4.2 Verificação Intermediária 📌
Essa ordem bate com dados de ponto de ebulição. Isso confirma que a separação se baseia na temperatura de ebulição, não em densidade, pressão parcial ou outra propriedade.
4.3 Possível armadilha ❓/ ✔
Você pode ter pensado em densidade ou pressão, porque são propriedades relevantes em outros contextos (como gases em ambientes abertos).
Mas cuidado: aqui estamos lidando com líquidos sendo vaporizados, então o critério é o ponto de ebulição.
4.4 Fechamento e Expectativa
Esperamos encontrar a alternativa que indique explicitamente que a separação ocorre com base nas temperaturas de ebulição dos componentes.
✅ Passo 5: Análise das Alternativas
5.1 Listagem das Alternativas
A) Densidade dos gases
B) Pressão parcial
C) Capacidade térmica
D) Condutividade térmica
E) Temperatura de ebulição
5.2 Justificativa Individual
🔴 A) Densidade → se refere à relação massa/volume. Não determina a ordem de vaporização.
🟥 Seria relevante apenas se estivéssemos tratando de separação por decantação, por exemplo.
🔴 B) Pressão parcial → é relevante em misturas gasosas, mas aqui a mistura está no estado líquido, e a separação é feita pelo aquecimento.
🟥 Pressão parcial ajuda no cálculo da composição de gases, não na separação por ebulição.
🔴 C) Capacidade térmica → indica o quanto uma substância absorve calor, mas não determina quando ela muda de estado.
🟥 Uma substância pode ter alta capacidade térmica e ainda assim ter baixo ponto de ebulição.
🔴 D) Condutividade térmica → indica como o calor se propaga por ela, mas não afeta diretamente a temperatura de mudança de fase.
🟥 Nada a ver com a ordem de separação.
🟢 E) Temperatura de ebulição → correta! Substâncias com menor ponto de ebulição evaporam primeiro ao aquecer.
✅ Bate perfeitamente com o processo descrito.
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
6.1 Resumo do Raciocínio 📌
Ao aquecer o ar liquefeito, seus componentes evaporam em ordem crescente de ponto de ebulição — isso define a separação na coluna de fracionamento.
6.2 Gabarito Reafirmado 📌
Alternativa E. A separação é baseada na temperatura de ebulição dos gases.
6.3 Resumo Final para Revisão 🔍
🌡 Na separação por aquecimento, o que manda é o ponto de ebulição: menor ponto → evapora primeiro!
