Questão 82 caderno azul ENEM 2010 comum Dia 1

As baterias de Ni-Cd muito utilizadas no nosso cotidiano não devem ser descartadas em lixos comuns uma vez que uma considerável quantidade de cádmio é volatilizada e emitida para o meio ambiente quando as baterias gastas são incineradas como componente do lixo. Com o objetivo de evitar a emissão de cádmio para a atmosfera durante a combustão é indicado que seja feita a reciclagem dos materiais dessas baterias. Uma maneira de separar o cádmio dos demais compostos presentes na bateria é realizar o processo de lixiviação ácida. Nela, tanto os metais (Cd, Ni e eventualmente Co) como os hidróxidos de íons metálicos Cd(OH)_2(s), Ni(OH)_2(s), Co(OH)_2(s) presentes na bateria, reagem com uma mistura ácida e são solubilizados. Em função da baixa seletividade (todos os íons metálicos são solubilizados), após a digestão ácida, é realizada uma etapa de extração dos metais com solventes orgânicos de acordo com a reação:

Onde:
M²⁺ = Cd²⁺, Ni²⁺ ou Co²⁺
HR = C₁₆H₃₄ –PO₂H: identificado no gráfico por X
HR = C₁₂H₁₂ –PO₂H: identificado no gráfico por Y

O gráfico mostra resultado da extração utilizando os solventes orgânicos X e Y em diferentes pH.

A reação descrita no texto mostra o processo de extração dos metais por meio da reação com moléculas orgânicas, X e Y. Considerando-se as estruturas de X e Y e o processo de separação descrito, pode-se afirmar que

A) as moléculas X e Y atuam como extratores catiônicos uma vez que a parte polar da molécula troca o íon H⁺ pelo cátion do metal.

B) as moléculas X e Y atuam como extratores aniônicos uma vez que a parte polar da molécula troca o íon H⁺ pelo cátion do metal.

C) as moléculas X e Y atuam como extratores catiônicos uma vez que a parte apolar da molécula troca o íon pelo cátion do metal.

D) as moléculas X e Y atuam como extratores aniônicos uma vez que a parte polar da molécula troca o íon pelo cátion do metal.

E) as moléculas X e Y fazem ligações com os íons metálicos resultando em compostos com caráter apolar o que justifica a eficácia da extração.

Matérias Necessárias para a Solução da Questão

Química Orgânica (Estrutura de Moléculas, Polaridade)
Reações Químicas (Reações de Troca Iônica)
Interpretação de Equações Químicas e Gráficos

Tema/Objetivo Geral:
Analisar um processo de extração de metais por solventes orgânicos, identificando o mecanismo da reação a partir da equação química fornecida.

Nível da Questão
Médio – A questão é de nível médio porque, embora a equação química forneça a resposta de forma direta, o texto é denso e repleto de termos técnicos (lixiviação ácida, extratores catiônicos/aniônicos, etc.) que podem confundir o aluno. A habilidade principal testada é a de focar na equação química e interpretá-la corretamente, ignorando as informações acessórias.

Gabarito
A) – A alternativa está correta porque a equação M²⁺ + 2 HR ⇌ MR₂ + 2 H⁺ mostra claramente uma troca de cátions: o cátion metálico M²⁺ entra na molécula orgânica, e o cátion hidrogênio H⁺ sai. Esse mecanismo define as moléculas X e Y como extratores catiônicos.

🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

1.1 Transcrição Essencial
“Considerando-se as estruturas de X e Y e o processo de separação descrito, pode-se afirmar que…”

1.2 O que está sendo pedido?
A questão pede para classificarmos as moléculas X e Y (os solventes orgânicos) como “extratores catiônicos” ou “extratores aniônicos” e justificarmos essa classificação com base no mecanismo da reação de extração.

1.3 Objetivo Cristalino
Nosso objetivo é olhar para a equação química fornecida, que é a “receita” do processo, e descobrir exatamente o que está sendo trocado: o solvente orgânico está “roubando” o cátion do metal ou o ânion que o acompanha? A resposta a essa pergunta nos dirá como classificar X e Y.

1.4 Pergunta de Atenção
Você percebeu que a equação M²⁺ + 2 HR ⇌ MR₂ + 2 H⁺ é a chave de tudo? Todo o resto do texto e do gráfico são contexto, mas a resposta está escondida bem ali, na troca de letras!

📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários

2.1 Definições e Fórmulas / explicação de termos
Para entender a questão, vamos decifrar os termos-chave:

Cátion: Um íon com carga positiva. Exemplos no problema: M²⁺ (o íon metálico, como Cd²⁺, Ni²⁺ ou Co²⁺) e H⁺ (o íon hidrogênio).

Ânion: Um íon com carga negativa.

Extrator Catiônico:
- Classificação: Tipo de reagente.
- Explicação Simples: É uma molécula que funciona como uma “pinça de íons positivos”. Ela se especializa em trocar um cátion por outro. No nosso caso, a molécula HR libera seu próprio cátion (H⁺) para “capturar” um cátion metálico (M²⁺). É uma troca de positivo por positivo.

Extrator Aniônico:
- Classificação: Tipo de reagente.
- Explicação Simples: Seria uma molécula que se especializa em trocar ânions (íons negativos). Não é o caso aqui.

Estrutura de X e Y (HR): O enunciado define X e Y como moléculas do tipo HR, onde H é o hidrogênio e R é o resto da molécula orgânica (-C₁₆H₃₄-PO₂H e -C₁₂H₁₂-PO₂H). A parte importante é o H final, que pode ser liberado como H⁺. A parte R é a grande parte orgânica da molécula.
- Parte Polar: O grupo -PO₂H é a parte polar da molécula, responsável pela reatividade e pela troca iônica.
- Parte Apolar: As longas cadeias de carbono (C₁₆H₃₄ e C₁₂H₁₂) são a parte apolar.

📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema

3.1 Contextualização Simplificada
Vamos traduzir a reação química para uma linguagem simples.
M²⁺(aq) + 2 HR(org) ⇌ MR₂(org) + 2 H⁺(aq)

Antes: Temos um íon de metal (M²⁺) boiando na água e uma molécula orgânica (HR) que tem um hidrogênio “solto” na ponta.
A Troca: A molécula orgânica “vê” o metal e gosta mais dele do que do seu próprio hidrogênio. Então, ela chuta o hidrogênio (H⁺) para a água e “agarra” o metal (M²⁺).
Depois: Temos a molécula orgânica agora ligada ao metal (MR₂) e o hidrogênio (H⁺) que foi expulso boiando na água.

O que foi trocado? Um íon positivo (M²⁺) por outro íon positivo (H⁺).

3.2 Estratégia Geral
Nossa estratégia será focar exclusivamente na equação química geral fornecida e identificar quais espécies estão sendo trocadas. Com base nessa troca, classificaremos o reagente orgânico (HR) e, em seguida, avaliaremos as alternativas.

🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos

4.1 Passo a Passo Detalhado
Vamos analisar a equação:
M²⁺(aq) + 2 HR(org) ⇌ MR₂(org) + 2 H⁺(aq)

Identifique os participantes da troca: A molécula orgânica HR reage com o íon M²⁺.
Observe o que a molécula orgânica perde: Nos produtos, a molécula orgânica não tem mais o H. No lugar dele, o íon H⁺ aparece livre na solução. Logo, a molécula HR perdeu um cátion H⁺.
Observe o que a molécula orgânica ganha: Nos produtos, a molécula orgânica está agora ligada ao metal, formando MR₂. Logo, a molécula HR ganhou o cátion M²⁺.
Conclusão do Mecanismo: O processo é uma troca de cátions. A molécula HR troca seu cátion H⁺ pelo cátion M²⁺.
Classificação do Extrator: Como a molécula HR está extraindo um cátion (M²⁺) da solução aquosa, ela atua como um extrator catiônico.
Local da Reação: A troca ocorre na parte reativa da molécula HR, que é o grupo funcional ácido (-PO₂H), a parte polar da molécula.

4.2 Verificação Intermediária
A análise da equação confirma, sem margem para dúvidas, que as moléculas X e Y (representadas por HR) funcionam como extratores catiônicos.

4.3 Possível armadilha
A principal armadilha é se perder na complexidade do texto e do gráfico, que mencionam muitos detalhes (tipos de metal, pH, porcentagem de extração), e esquecer que a questão pode ser resolvida apenas pela interpretação da equação química geral. Outra confusão seria não saber a diferença entre extrator catiônico e aniônico.

4.4 Fechamento e expectativa
Estamos procurando uma alternativa que afirme que as moléculas X e Y são extratores catiônicos e que justifique isso pela troca do íon H⁺ pelo cátion do metal.

✅ Passo 5: Análise das Alternativas

5.1 Listagem das Alternativas
A) as moléculas X e Y atuam como extratores catiônicos uma vez que a parte polar da molécula troca o íon H⁺ pelo cátion do metal.
B) as moléculas X e Y atuam como extratores aniônicos uma vez que a parte polar da molécula troca o íon H⁺ pelo cátion do metal.
C) as moléculas X e Y atuam como extratores catiônicos uma vez que a parte apolar da molécula troca o íon pelo cátion do metal.
D) as moléculas X e Y atuam como extratores aniônicos uma vez que a parte polar da molécula troca o íon pelo cátion do metal.
E) as moléculas X e Y fazem ligações com os íons metálicos resultando em compostos com caráter apolar o que justifica a eficácia da extração.

5.2 Justificativa Individual

A) 🟢 Correta. Esta alternativa descreve perfeitamente o que deduzimos: a classificação como extratores catiônicos é justificada pela troca do cátion H⁺ pelo cátion metálico, e essa troca ocorre na parte polar da molécula, que é o grupo funcional reativo.
B) 🔴 Errada. A classificação (“aniônicos”) está incorreta, embora a justificativa da troca esteja correta. A troca de cátions define um extrator catiônico.
C) 🔴 Errada. A classificação (“catiônicos”) está correta, mas a justificativa está errada. A reação de troca iônica ocorre na parte polar (grupo funcional), não na parte apolar (cadeia de carbonos), que é quimicamente inerte.
D) 🔴 Errada. Tanto a classificação (“aniônicos”) quanto a justificativa (“troca o íon pelo cátion”) estão incorretas ou mal formuladas.
E) 🔴 Errada. Embora a formação de um composto apolar (MR₂ é mais apolar que M²⁺) justifique a eficácia da extração para a fase orgânica, esta alternativa não responde à pergunta principal, que é sobre a classificação do extrator (catiônico ou aniônico) com base no mecanismo de troca.

🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

6.1 Resumo do Raciocínio
A análise da equação química M²⁺ + 2 HR ⇌ MR₂ + 2 H⁺ foi o ponto central. Ela mostra que a molécula orgânica HR doa um cátion (H⁺) e captura outro cátion (M²⁺), caracterizando-a como um extrator catiônico.

6.2 Gabarito Reafirmado
A alternativa correta é a A.

6.3 Resumo Final para Revisão 🔍
Em reações de troca, olhe quem entra e quem sai da molécula principal. Se um íon positivo entra e outro positivo sai, é uma troca catiônica. A molécula que faz isso é um extrator catiônico.