parte 5 QUESTÕES COMENTADAS Ciências da Natureza e suas
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ENEM – 2014 – parte 5 QUESTÕES COMENTADAS Ciências da Natureza e suas tecnologias Caro estudante, Trazemos para você as questões das disciplinas de Química, Física e Biologia da prova do Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM) do ano de 2014, da prova de “Ciências da Natureza e suas tecnologias”. Esperamos que as discussões e comentários das questões se tornem objetos de aprofundamento de sua formação acadêmica e de preparação para as provas dos próximos anos. Bom aprendizado! EducarBrasil. QUESTÃO 37 A forma das moléculas, como representadas no papel, nem sempre é planar. Em um determinado fármaco, a molécula contendo um grupo não planar é biologicamente ativa, enquanto moléculas contendo substituintes planares são inativas. O grupo responsável pela bioatividade desse fármaco é a) b) c) d) e) Comentários A questão pede que o estudante identifique, dentre as opções dadas, aquela que não seja plana, ou seja, que é capaz de interagir com o organismo, integrando parte da molécula maior de um fármaco. Para analisar a geometria de um composto ou de parte de uma molécula, é preciso identificar a geometria de cada carbono. O carbono possui três geometrias básicas: 1) Tetraédrica, que é tridimensional, quando faz quatro ligações simples; 2) Trigonal plana ou triangular, bidimensional, quando faz uma ligação dupla e duas simples; 3) Linear, quando o carbono faz duas duplas ou quando faz uma tripla e uma simples. Portanto, para que o grupo tenha geometria espacial, seus carbonos devem ter geometria tetraédrica, com quatro ligações simples. O problema é que os desenhos das estruturas sobre o papel ou na tela do computador são representações usadas para simplificar as estruturas. Nessa simplificação, o estudante e o químico podem não visualizar corretamente a real conformação da molécula no espaço; e facilmente confundir moléculas espaciais com moléculas planares. Além disso, muitas representações não apresentam todos os átomos de forma explícita, principalmente hidrogênios, e muitas ligações carbono-hidrogênio. Assim, nas estruturas “b”, “c” e “e”, quase todos os carbonos fazem uma ligação dupla e duas simples; embora os desenhos apresentem apenas três linhas partindo dos vértices: a ligação carbono-hidrogênio não está representada, para simplificar o desenho. Carbonos trigonais planos fazem uma ligação dupla e duas simples. Nas estruturas “b” e “c”, as ligações carbono-hidrogênio não estão explícitas. Por isso, a maioria dos vértices apresenta apenas três traços, ao invés de quatro. Na representação “e”, a ligação carbono-hidrogênio foi incluída. De vermelho estreito: carbonos trigonais planos com três ligações explícitas. De vermelho largo: carbonos trigonais planos com as quatro ligações explícitas. De verde: extremidade do grupo ligada ao restante da estrutura do fármaco. Na estrutura “d”, o anel aromático está representado com um círculo interno, que representa a mobilidade das três ligações pi () do anel (ressonância). O anel benzênico é totalmente plano, já que todos os carbonos são de geometria trigonal. H H H H H H Três representações para o anel aromático: a primeira, com os hidrogênios explícitos e carbonos implícitos; a segunda, não apresenta os hidrogênios, os carbonos e nem as ligações carbono-hidrogênio; e a terceira apresenta as ligações duplas alternadas representadas por um círculo, indicando a ressonância. Considerando apenas a representação hexagonal, pode parecer que as estruturas do ciclohexano e do benzeno são muito parecidas, mas, não. São bastante diferentes: O ciclohexano tem anel tridimensional com ligações em diferentes sentidos e direções no espaço, ao contrário do benzeno, que é plano. Ciclohexano com hidrogênios e todas as ligações explícitas. As ligações em azul estão fora do plano da tela, entrando para trás ou saindo para frente do desenho. As ligações em vermelho estão no plano do desenho. Disponível em: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cyclohexane_structure.png>. Acesso em: 14 fev. 2015. Portanto, apenas a estrutura “a” apresenta carbonos tetraédricos, cada um fazendo quatro ligações simples, porém com as ligações carbono-hidrogênio não explícitas. Grau de dificuldade – Médio. O estudante precisa visualizar a estrutura das moléculas, a partir das representações dadas; porém, precisa ir além dessas representações, reconhecendo as geometrias dos carbonos e dos grupos dados nas opções. Por outro lado, a opção “a” é a única que não possui ligações duplas, dando uma boa “dica” da resposta. Resposta Opção “a” QUESTÃO 38 Para impedir a contaminação microbiana do suprimento de água, deve-se eliminar as emissões de efluentes e, quando necessário, tratá-lo com desinfetante. O ácido hipocloroso (HC O), produzido pela reação entre cloro e água, é um dos compostos mais empregados como desinfetante. Contudo, ele não atua somente como oxidante, mas também como um ativo agente de cloração. A presença de matéria orgânica dissolvida no suprimento de água clorada pode levar à formação de clorofórmio (CHC 3 ) e outras espécies orgânicas cloradas tóxicas. SPIRO, T. G.; STIGLIANI, W. M. Química ambiental. São Paulo: Pearson. 2009 (adaptado). Visando eliminar da água o clorofórmio e outras moléculas orgânicas, o tratamento adequado é a a) filtração, com o uso de filtros de carvão ativo. b) fluoretacão, pela adição de fluoreto de sódio. c) coagulação, pela adição de sulfato de alumínio. d) correção do pH, pela adição de carbonato de sódio. e) floculação, em tanques de concreto com a água em movimento. Comentários O tratamento de água para consumo humano possui várias etapas importantes, que devem ser seguidas com rigor e na ordem correta. No entanto, nem sempre é fácil entender cada uma dessas etapas, nem seus fundamentos teóricos, ou mesmo entender o porquê da ordem em que são executadas. A filtração, por exemplo, por conceito, se destina a reter partículas sólidas; uma vez que as partículas dissolvidas não são retidas por filtros comuns. Por exemplo, quando adoçamos a água para fazer o café, o açúcar não fica retido no filtro, mas passa através de seus poros junto com a água. Isso acontece porque a dissolução ocorre em nível atômico molecular, e as moléculas das substâncias em geral são muito menores que os poros do pano ou do papel usado como filtro. Porém, no caso do clorofórmio (triclorometano) e de outras substâncias orgânicas ocorrem alguns fenômenos diferentes. Analisando a estrutura do clorofórmio (CHCl3), percebemos que se trata de uma substância com átomo de carbono central, ligado a um hidrogênio (H) e três cloros (Cl). Sua polaridade é baixa, embora não seja totalmente apolar, já que a molécula não é totalmente simétrica devido ao único hidrogênio. Cl Cl Cl Cl H Cl Cl H Os átomos de cloro possuem, cada um, três pares de elétrons não ligantes, uma vez que são halogênios (coluna 17 ou VIIA da Tabela Periódica), com sete elétrons de valência. Sendo assim, há certa condição de solubilidade do clorofórmio em água, facilitada pela atração entre os polos positivos (-H) das moléculas de água, que atraem os elétrons não ligantes do clorofórmio. Da mesma forma, essas substâncias podem ser retiradas da água por “adsorção” (não é “absorção”) com filtros especiais como os de “carvão ativo”. A “adsorção” é uma espécie de “aderência” química ou física das substâncias, nos poros microscópicos do carvão ativado. Esses poros aparecem pela pressão dos gases formados durante a carbonização da madeira, que está sob forte aquecimento dentro do forno de carbonização. Depois de produzido o carvão vegetal, sua “ativação” é feita com vapores muito quentes, que atravessam seus poros e retiram várias substâncias gasosas que ainda estão aderidas à estrutura sólida do carvão, feita principalmente de carbono (em torno de 90%). Antes de ser usado como “filtro”, o carvão é finamente triturado, para que sua superfície de contato com líquidos e gases aumente ainda mais. Tudo isso torna o carvão muito capaz de interagir com substâncias formadas por moléculas pequenas, até mesmo as gasosas, formando com elas várias ligações do tipo químicas e/ou atrações eletrostáticas (físicas) no entorno de suas moléculas, retendo-as e retirando-as da água e até do ar. O carvão ativado também é usado em filtros contra gases tóxicos. Embora o fenômeno da “adsorção” não seja exatamente uma “filtração” comum, ela acontece simultaneamente com outras camadas de material filtrante como de areia e cascalho de várias granulações. Por isso, a adsorção é incluída, na prática, na etapa da filtração. Grau de dificuldade – Difícil. O estudante pode ficar confuso, não entendendo como o método de “filtração”, que é geralmente usado para reter sólidos, seria capaz de reter uma substância que é normalmente gasosa, dissolvida em água. Há grande probabilidade de muitos candidatos marcarem outras opções contendo procedimentos químicos, que podem parecer mais convincentes do que a filtração. Resposta a) filtração, com o uso de filtros de carvão ativo. QUESTÃO 39 O principal processo industrial utilizado na produção de fenol é a oxidação do cumeno (isopropilbenzeno). A equação mostra que esse processo envolve a formação do hidroperóxido de cumila, que em seguida é decomposto em fenol e acetona, ambos usados na indústria química como precursores de moléculas mais complexas. Após o processo de síntese, esses dois insumos devem ser separados para comercialização individual. Considerando as características físico-químicas dos dois insumos formados, o método utilizado para a separação da mistura, em escala industrial, é a a) filtração. b) ventilação. c) decantação. d) evaporação. e) destilação fracionada. Comentários Observando a equação apresentada na questão, percebemos que a reação de preparação do fenol e da acetona ocorre em meio aquoso, na presença de ácido sulfúrico. O fenol é constituído por um anel aromático, que constitui uma parte apolar da molécula, e por um grupo hidroxila (-OH), que contém polo negativo (O) e positivo (H). Parte muito polar Parte apolar Por isso, o fenol tem solubilidade em água de 8,3g/100mL, que é um valor relativamente baixo, mas o suficiente para que seja obtido solubilizado em água no final da reação. A “acetona” (propanona, CH3-CO-CH3) também é solúvel em água, uma vez que tem a molécula de cadeia carbônica bem menor e é polar, pela presença do grupo carbonila (C=O). H H O HH H H Os dois pares de elétrons não ligantes do oxigênio (O) são capazes de atrair os pólos positivos (-H) das moléculas de água, formando forças intermoleculares fortes do tipo “ligações de hidrogênio”, o que permite a boa solubilidade da acetona em água. Assim, no final da reação de obtenção do fenol e da acetona, haverá um meio aquoso no qual as duas substâncias estarão dissolvidas. Sendo assim, o processo de “filtração” (opção “a”) está descartado, pois as substâncias não estão no estado sólido para serem retidas por filtros. O processo de “ventilação” (opção “b”) também fica descartado, pois é usado para separar duas fases sólidas, secas, e de densidade diferente usando a força de correntes de ar para carregar a fração mais leve. A “decantação” (opção “c”) também é um processo inadequado, pois é usado para a separação de líquidos não miscíveis, que formam fases diferentes. A “evaporação” (opção “d”) pode separar a fase mais volátil das demais; mas, se não for condensada em seguida, será perdida para a atmosfera. A “destilação fracionada” (opção “e”) é o método mais indicado, pois as substâncias misturadas no meio aquoso possuem pontos de ebulição distantes. Como vimos, o fenol tem uma parte muito polar (-OH) e outra apolar. Assim, entre as suas moléculas predominam forças intermoleculares do tipo “ligações de hidrogênio”, que são intensas. Como a molécula de fenol é bem maior que a de acetona, a superfície de contato entre as moléculas de fenol é maior, intensificando ainda mais as forças intermoleculares. No caso das moléculas de acetona, elas são capazes de formar ligações de hidrogênio com a água, mas não entre si. Isso acontece porque a molécula de acetona não possui grupos fortemente polares, com flúor (F), oxigênio (O) e nitrogênio (N) ligados a hidrogênio (H). O único oxigênio da acetona está ligado a um carbono. Portanto, com polaridade leve, suas moléculas se atraem por forças intermoleculares de intensidade média, do tipo “dipolo-dipolo”. Por isso, as temperaturas de ebulição das substâncias envolvidas são: acetona, 56ºC; água, 100ºC; e fenol, 181ºC. Com certeza, como são temperaturas muito distantes, é fácil separá-las por destilação fracionada. Grau de dificuldade – Médio. Analisar fórmulas para deduzir propriedades físicas e, a partir delas, determinar o procedimento correto para separação de uma mistura exige do estudante diversas competências e habilidades. No entanto, há várias opções falsas muito óbvias que diminuem o grau de dificuldade da questão. Resposta e) destilação fracionada. QUESTÃO 40 Diesel é uma mistura de hidrocarbonetos que também apresenta enxofre em sua composição. Esse enxofre é um componente indesejável, pois o trióxido de enxofre gerado é um dos grandes causadores da chuva ácida. Nos anos 1980, não havia regulamentação e era utilizado óleo diesel com 13000 ppm de enxofre. Em 2009, o diesel passou a ter 1800 ppm de enxofre (S1800) e, em seguida, foi inserido no mercado o diesel S500 (500 ppm). Em 2012, foi difundido o diesel S50, com 50 ppm de enxofre em sua composição. Atualmente, é produzido um diesel com teores de enxofre ainda menores. Os Impactos da má qualidade do óleo diesel brasileiro. Disponível em: www.cnt.org.br. Acesso em: 20 dez. 2012 (adaptado). A substituição do diesel usado nos anos 1980 por aquele difundido em 2012 permitiu uma redução percentual de emissão de SO3 de a) 86,2%. b) 96,2%. c) 97,2%. d) 99,6%. e) 99,9%. Comentários Como se pode perceber, essa questão avalia muito mais a habilidade matemática do estudante, do que suas competências nos conhecimentos de ciências da natureza. Apesar disso, vale lembrar que há grande interesse na redução dos índices de enxofre (S) nos derivados de petróleo destinados à combustão, porque seus óxidos, especialmente o trióxido (SO3), reage com a água do ambiente e produz ácido sulfúrico (H2SO4), que precipita dissolvido na água das chuvas. SO3 (g) + H2O (l) → H2SO4 (aq) O enxofre não é o único elemento causador de chuva ácida; sendo que outros elementos ametálicos, como nitrogênio (N), cloro (Cl) e bromo (Br), também formam óxidos ácidos. Mas, com o grande consumo de combustíveis derivados do petróleo em todo o mundo, são lançadas na atmosfera terrestre quantidades imensas de enxofre capaz de ser convertido em ácido forte. A Petrobras, assim como outras grandes empresas petrolíferas em todo o mundo, vem investindo em tecnologias para reduzir os índices de enxofre tanto na gasolina quanto no diesel. Desde 2013, a Petrobras já vem produzindo óleo diesel com índice de apenas 10ppm de enxofre, conhecido como “diesel S-10”. De qualquer forma, a questão avalia apenas se o candidato realiza uma simples operação de regra de três, para calcular quanto de enxofre foi reduzido percentualmente de 13000 para 50ppm, que é o índice presente no diesel fabricado a partir de 2012. Então, temos que: 13000ppm – 50ppm = 12950ppm de redução até 2012. 13000ppm 12950ppm 100% X X = 12950ppm x 100% / 13000ppm = 99,615% Grau de dificuldade – Fácil. Basta ao estudante realizar uma regra de três simples, depois de obter o valor do índice de enxofre que foi reduzido. Resposta d) 99,6%. QUESTÃO 41 Visando minimizar impactos ambientais, a legislação brasileira determina que resíduos químicos lançados diretamente no corpo receptor tenham pH entre 5,0 e 9,0. Um resíduo líquido aquoso gerado em um processo industrial tem concentração de íons hidroxila igual a 1,0x10-10moL/L. Para atender a legislação, um químico separou as seguintes substâncias, disponibilizadas no almoxarifado da empresa: CH3COOH, Na2SO4, CH3OH, K2CO3 e NH4C . Para que o resíduo possa ser lançado diretamente no corpo receptor, qual substância poderia ser empregada no ajuste do pH? a) CH3COOH b) Na2SO4 c) CH3OH d) K2CO3 e) NH4C Comentários A questão apresenta uma “pegadinha” muito comum em questões de acidez e basicidade, que é mencionar a concentração de íons hidróxido (OH1-) ao invés da de íons hidrogênio (H1+). Obs.: Perceba que não usamos a expressão “íon hidroxila”, mas “íon hidróxido”; pois a palavra “hidroxila” se refere mais corretamente ao grupo “–OH”, que se liga por ligação covalente a outros átomos ametálicos, formando os grupos funcionais dos álcoois, fenóis, ácidos carboxílicos etc.; e não se encontra ionizado como o caso do “OH1-“, que se liga por ligação iônica, típico dos hidróxidos inorgânicos. Se a concentração se referisse aos íons hidrogênio (H+), como normalmente acontece com as questões sobre pH, 1,0x10-10 mol/L, teríamos: pH = -log [H+] = 10; portanto, seria meio básico. Mas, como se trata de concentração de íons hidróxido (OH-), temos: pOH = -log [OH-] = 10 pH = 14 - 10 = 4; portanto, meio ácido. Para neutralizar a acidez do resíduo da questão, precisamos encontrar substâncias com comportamento alcalino ou básico, quando dissolvidas em água. Assim, analisemos cada caso apresentado nas opções: a) CH3COOH, ácido acético ou ácido etanoico: CH3COOH(aq) CH3COO-(aq) H+(aq) + Ou seja, o ácido acético é um ácido fraco, com equilíbrio muito mais deslocado para a esquerda na equação acima; mas, mesmo com a sua ionização leve, haverá produção de mais íons hidrogênio, aumentando ainda mais a acidez do resíduo, diminuindo o pH. b) Na2SO4, sulfato de sódio: Na2SO4(s) 2 Na1+(aq) SO42+(aq) + Os cátions sódio (Na1+) são derivados de base forte (hidróxido de sódio, NaOH). Da mesma forma, os ânions sulfato (SO42-) são derivados de ácido forte (ácido sulfúrico, H2SO4). Portanto, não haverá possibilidade de esses íons reagirem novamente com água e formarem a base não dissociada ou de formarem o ácido não ionizado. Isso significa que o meio não sofrerá alteração de acidez, a partir da adição de sulfato de sódio. c) CH3OH, metanol. O metanol é uma substância orgânica solúvel em água, mas que não sofre hidrólise; ou seja, que não reage com a água. Sendo assim, sua adição na água não alterará a acidez do meio. d) K2CO3, carbonato de potássio. → K2CO3(s) 2 K1+(aq) + CO32-(aq) O cátion potássio (K1+) é derivado de base forte (hidróxido de potássio, KOH); ou seja, o potássio não reage com água formando novamente esse hidróxido. Mas, o ânion carbonato (CO32-) é derivado de um ácido fraco (ácido carbônico, H2CO3), que pode ser formado novamente por reação do ânion carbonato com a água: CO32-(aq) + 2 H2O H2CO3 (aq) + 2 OH1-(aq) Ou seja, há formação de ânions hidróxido (OH1-), que promovem a alcalinização do meio e a elevação do pH. Além disso, os carbonatos e bicarbonatos em geral reagem com o cátion hidrogênio (H1+) consumindoo, neutralizando o meio ácido, e liberando gás carbônico e água: 2 K1+(aq) + CO32-(aq) + 2 H+(aq) CO2 (g) + 2 K1+(aq) + H2O e) NH4Cl, cloreto de amônio: NH4Cl(s) NH41+(aq) + Cl1-(aq) O ânion cloreto (Cl1-) é derivado de ácido forte (ácido clorídrico, HCl); portanto, não há possibilidade de esse ácido ser formado novamente por reação de cloreto com água. Mas, o cátion amônio (NH41+) é derivado de base fraca (NH4OH); portanto, o cátion amônio pode reagir com água, formando essa base novamente: NH41+(aq) + H2O(l) NH4OH(aq) + H1+(aq) Sendo assim, por dois motivos, a adição de carbonato de potássio é a única adequada para a neutralização de um resíduo ácido. Grau de dificuldade – Difícil. O estudante precisa estar familiarizado com o comportamento de diversos tipos de substâncias no meio aquoso, conhecendo seus efeitos quanto à acidez e basicidade. Para isso, o estudante precisa, no caso das substâncias iónicas, saber diferenciar os ácidos e bases de que são derivados os ânions e cátions, distinguindo os fortes dos fracos. No entanto, para o estudante que conhece a capacidade dos carbonatos e bicarbonatos de neutralizar ácidos, liberando gás carbônico, a questão se tornará fácil, e ele poderá acertá-la poucos minutos, sem ter que usar o raciocínio acima. Resposta d) K2CO3 QUESTÃO 42 A utilização de processos de biorremediação de resíduos gerados pela combustão incompleta de compostos orgânicos tem se tornado crescente, visando minimizar a poluição ambiental. Para a ocorrência de resíduos de naftaleno, algumas legislações limitam sua concentração em até 30mg/kg para solo agrícola e 0,14mg/L para água subterrânea. A quantificação desse resíduo foi realizada em diferentes ambientes, utilizando-se amostras de 500g de solo e 100mL de água, conforme apresentado no quadro. Ambiente Resíduo de naftaleno (g) Solo l 1,0 102 Solo II 2,0 102 Água I 7,0 106 Água II 8,0 106 Água III 9,0 106 O ambiente que necessita de biorremediação é o(a) a) solo I. b) solo II. c) água I. d) água II. e) água III. Comentários A biorremediação é o uso de espécies vegetais especiais que possuem alguma capacidade específica para absorver ou metabolizar alguma substância tóxica, retirando-a do meio ambiente. Para calcular qual amostra indica o meio que precisa de tratamento, o estudante deverá adaptar os dados de concentração fornecidos pela tabela, convertendo-os para as unidades de referência da legislação, tanto para o caso da contaminação do solo (em mg/kg), quanto para a contaminação da água (em mg/L). Convertendo os dados de solo Solo I 1,0 x 10-2g de naftaleno X 0,5kg de solo 1kg de solo X = 2,0 x 10-2g = 20mg/kg, valor inferior a 30mg/kg . Ou seja, a amostra está dentro dos limites. Solo II 2,0 x 10-2g de naftaleno X 0,5kg de solo 1kg de solo X = 4,0 x 10-2g = 40mg/kg, valor superior a 30mg/kg. Ou seja, a amostra está acima dos limites. Convertendo os dados de água Água I 7,0 x 10-6g de naftaleno X 100mL de água 1000mL de água X = 70 x 10-6g = 0,07mg/L, valor inferior a 0,14mg/L. Ou seja, a amostra está dentro dos limites. Água II 8,0 x 10-6g de naftaleno X 100mL de água 1000mL de água X = 80 x 10-6g = 0,08mg/L, valor inferior a 0,14mg/L. A amostra está dentro dos limites. Água III 9,0 x 10-6g de naftaleno X 100mL de água 1000mL de água X = 90 x 10-6g = 0,09mg/L, valor inferior a 0,14mg/L. A amostra está dentro dos limites. Ou seja, apenas a amostra de solo II precisa de biorremediação. Grau de dificuldade – Médio. Por uma lógica de formulação de questões, só uma das opções é a resposta certa; ou seja, apenas uma das amostras precisará de biorremediação. Certamente, a resposta correta só pode ser a do “solo II” ou a da “água III”, por conterem os maiores valores de solo e de água. Amostras com valores menores não precisarão de tratamento algum. Isso limita as opções possíveis em “b” e “e”. O estudante atento fará o cálculo apenas para essas duas opções, para escolher a resposta. De qualquer forma, é uma questão que envolve cálculos, ainda que simples, exigindo a montagem do raciocínio e operações matemáticas. Resposta b) solo II. QUESTÃO 43 Grandes fontes de emissão do gás dióxido de enxofre são as indústrias de extração de cobre e níquel, em decorrência da oxidação dos minérios sulfurados. Para evitar a liberação desses óxidos na atmosfera e a consequente formação da chuva ácida, o gás pode ser lavado, em um processo conhecido como dessulfurização, conforme mostrado na equação (1). CaCO3(s) SO2(g) CaSO3(s) CO2(g) (1) Por sua vez, o sulfito de cálcio formado pode ser oxidado, com o auxílio do ar atmosférico, para a obtenção do sulfato de cálcio, como mostrado na equação (2). Essa etapa é de grande interesse porque o produto da reação, popularmente conhecido como gesso, é utilizado para fins agrícolas. 2 CaSO3(s) O2(g) 2 CaSO4(s) (2) As massas molares dos elementos carbono, oxigênio, enxofre e cálcio são iguais a 12g/mol, 16g/mol, 32g/mol e 40g/mol, respectivamente. BAIRD, C. Química ambiental. Porto Alegre: Bookman. 2002 (adaptado). Considerando um rendimento de 90% no processo, a massa de gesso obtida, em gramas, por mol de gás retido é mais próxima de a) 64. b) 108. c) 122. d) 136. e) 245. Comentários Primeiramente, é preciso igualar as equações dadas em termos de números de mol de sulfito de cálcio (CaSO3), para que haja correspondência quantitativa entre as duas fases do processo de tratamento do gás dióxido de enxofre (SO2). Para isso, é necessário multiplicar os coeficientes da equação 1 por 2. 2 CaCO3 (s) + 2 SO2 (g) → 2 CaSO3 (s) 2 CaSO3 (s) + O2 (g) → 2 CaSO4 (s) + 2 CO2 (g) (1) (2) Depois de cancelar o produto da reação 1 que é também reagente na reação 2, soma-se as equações: 2 CaCO3 (s) + → 2 SO2 (g) 2 CaSO3 (s) + 2 CO2 (g) (1) 2 CaSO3 (s) + O2 (g) → 2 CaSO4 (s) (2) ______________________________________________________________________ 2 CaCO3 (s) + 2 SO2 (g) + O2 (g) → 2 CaSO4 (s) + 2 CO2 (g) (Global) Assim, as relações de mol entre as substâncias de interesse são: 2 SO2 (g) 2mol → 2 CaSO4 (s) 2mol Como a questão pede a massa de gesso formada por mol de gás retido, temos que converter mol de sulfato de cálcio (CaSO4) para gramas. Para isso, soma-se as massas molares dos elementos nas quantidades em que aparecem na fórmula: 40g (Ca) + 32g (S) + 4x16g (4O) = 136g. Como a questão afirma que o rendimento é de 90%, acrescentamos também o índice 0,9 na montagem da regra de três abaixo: 2 SO2 (g) → 2 CaSO4 (s) 2mol 1mol 2 x 136g mol x 0,9 X X = 122,4g Grau de dificuldade – Difícil. O estudante precisa cumprir várias etapas do raciocínio, como equilibrar as equações e realizar todos os cálculos. Questões envolvendo cálculos exigem grande atenção e mais tempo de resposta que a média das outras questões. Resposta c) 122. QUESTÃO 44 A liberação dos gases clorofluorcarbonos (CFCs) na atmosfera pode provocar depleção de ozônio (O3) na estratosfera. O ozônio estratosférico é responsável por absorver parte da radiação ultravioleta emitida pelo Sol, a qual é nociva aos seres vivos. Esse processo, na camada de ozônio, é ilustrado simplificadamente na figura. Quimicamente, a destruição do ozônio na atmosfera por gases CFCs é decorrência da a) clivagem da molécula de ozônio pelos CFCs para produzir espécies radiculares. b) produção de oxigênio molecular a partir de ozônio, catalisada por átomos de cloro. c) oxidação do monóxido de cloro por átomos de oxigênio para produzir átomos de cloro. d) reação direta entre os CFCs e o ozônio para produzir oxigênio molecular e monóxido de cloro. e) reação de substituição de um dos átomos de oxigênio na molécula de ozônio por átomos de cloro. Comentários A “camada de ozônio” é, na verdade, formada pelos gases oxigênio (O 2) e ozônio (O3), que são convertidos um no outro continuamente. Os raios ultravioletas emitidos pelo Sol conseguem quebrar as moléculas de gás oxigênio, formando radicais livres de oxigênios atômicos, que, por sua vez, podem se unir a outras moléculas de gás oxigênio, formando moléculas de ozônio. Disponível em: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozone_from_photolysis_of_O2.svg> e <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozon_01.jpg>. Acesso em: 22 ago. 2014. A radiação ultravioleta atua de duas maneiras: 1) Os raios ultravioleta-C conseguem quebrar moléculas de O2, formando radicais livres (oxigênio atômico), que podem se unir e formar novamente o O2; ou se ligar a uma molécula de O2, formando ozônio (O3). 2) Os raios ultravioleta-B conseguem quebrar moléculas de ozônio, formando também oxigênio atômico que se liga às moléculas de O2, formando o ozônio (O3) novamente. Ou seja, o ozônio “vive” sendo quebrado e se recompondo! Resumindo, temos a reação: 3 O2 (g) → 2 O3 (g) Como a radiação ultravioleta é absorvida nesses processos atmosféricos, ela fica quase totalmente impedida de chegar à superfície da Terra. Disponível em: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ciclo_de_Chapman.JPG>. Acesso em: 22 ago. 2014. A radiação ultravioleta é mortal para praticamente todo tipo de organismos, principalmente micro-organismos e plantas; por isso, até então, impedia que houvesse formas de vida fora do ambiente aquático. Somente a partir da formação da camada de ozônio, verdadeira muralha atmosférica, é que a vida se desenvolveu também no ambiente terrestre. A radiação ultravioleta do tipo C é totalmente absorvida pela camada de oxigênio-ozônio; as do tipo B são retidas em 95%. A radiação que chega à superfície da Terra é quase toda do tipo A, sendo retida apenas em 5% pelo ozônio. Observe que a maior concentração de ozônio na atmosfera é em torno de 25km de altitude, no início da estratosfera, que vai de 12 a 60km (gráfico da esquerda). Disponível em: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozone_altitude_UV_graph.svg > e <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Raggi_UV_e_Ozono.jpg >. Acesso em: 22 ago. 2014. Os gases CFC atacam a camada de ozônio, porque, nas baixas pressões da estratosfera e sob radiação solar, algumas ligações covalentes se rompem, liberando, dependendo da composição do CFC, radicais livres de cloro ou de bromo. F F C Cl Cl Cl Cl Cl + Cl . Esse é o principal CFC (chamado de CFC-11), sofrendo quebra homolítica da ligação covalente carbono-cloro. O radical livre do cloro tem sete elétrons de valência; mas aqui está representado com apenas um, que é o desemparelhado. O problema mais grave do “efeito cloro” (que também acontece com o bromo) é a capacidade de reagir, destruindo o ozônio e sair no final, recuperado, pronto para reagir novamente com outro ozônio. Isso pode se repetir por um número incalculável de vezes, talvez milhares ou milhões para um único átomo. Como vimos acima, a reação de degradação do ozônio ocorre primeiro pela decomposição das moléculas de CFC por meio da radiação solar na estratosfera à baixa pressão: .CF .Cl CF Cl → + 3 (g) 3 (g) Em seguida, os átomos de cloro liberados na forma de radicais livres reagem com o ozônio, formando O2, conforme a equação: .Cl + O3 → ClO(g) + O2 (g) Na sequência, o ClO formado reagirá novamente com os átomos livres de oxigênio, formando mais moléculas de O2 e liberando novamente o radical livre cloro, que estará pronto para reagir novamente e assim por diante. .O .Cl ClO + → + O (g) 2 (g) Para piorar, estudos mostram que os CFCs podem permanecer na atmosfera por centenas de anos, dependendo de sua composição. Grau de dificuldade – Médio. O estudante precisa estar familiarizado com o mecanismo de destruição do ozónio para auxiliá-lo na interpretação da ilustração da questão. Resposta b) produção de oxigênio molecular a partir de ozônio, catalisada por átomos de cloro. QUESTÃO 45 A revelação das chapas de raios X gera uma solução que contém íons prata na forma de Ag(S2O3)23-. Para evitar a descarga desse metal no ambiente, a recuperação de prata metálica pode ser feita tratando eletroquimicamente essa solução com uma espécie adequada. O quadro apresenta semirreações de redução de alguns íons metálicos. Semirreação de redução E0 (V) 0,02 Ag(S2O3)23-(aq) + e- → Ag(s) + 2S2O32-(aq) 0,34 Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s) 2+ 1,20 Pt (aq) + 2e → Pt(s) 3+ 1,66 Al (aq) + 3e → Al(s) 0,14 Sn2+(aq) + 2e- → Sn(s) 2+ 0,76 Zn (aq) + 2e → Zn(s) BENDASSOLLI, J. A. et al. “Procedimentos para a recuperação de Ag de resíduos líquidos e sólidos”. Química Nova, v. 26, n. 4, 2003 (adaptado). Das espécies apresentadas, a adequada para essa recuperação é a) Cu(s). b) Pt(s). c) A 3 (aq). d) Sn(s). e) Zn2 (aq). Comentários A questão avalia se o estudante é capaz de escolher a opção correta que contenha a espécie química capaz de fazer a prata ionizada (Ag1+) ser reduzida para prata metálica (Agº) de modo espontâneo. Para isso, é necessário encontrar a espécie química que tenha forte tendência de perder elétrons, para que os íons prata os recebam. Isso, para não ter que usar um processo eletrolítico, ou seja, usar corrente elétrica (eletrólise) para forçar a prata a ganhar elétrons de modo não espontâneo. Obs.: Estamos afirmando que a prata está com NOx +1, porque esse é a única carga positiva possível para a prata (Ag). Fora esse valor, só existe o NOx zero para a prata metálica, que é uma substância simples. Por isso, não foi necessário calcular o NOx da prata no cátion Ag(S2O3)23-. Ora, a questão apresenta uma “pegadinha” na sua formulação, porque os dados fornecidos na tabela são de potenciais de redução de cátions, enquanto se quer escolher a espécie química com maior capacidade de oxidação. É necessário, então, para utilizar corretamente as informações da tabela, inverter as equações e trocar os sinais dos potenciais. Semirreação de oxidação E0 (V) Ag(s) + 2S2O32-(aq) → Ag(S2O3)23-(aq) + eCu(s) → Cu2+(aq) + 2ePt(s) → Pt2+(aq) + 2eAl(s) → Al3+(aq) + 3eSn(s) → Sn2+(aq) + 2eZn(s) → Zn2+(aq) + 2e- -0,02 -0,34 -1,20 +1,66 +0,14 +0,76 Assim, dentre os metais acima, percebemos que os que possuem maior potencial de oxidação são o alumínio (Alº), o estanho (Snº) e o zinco (Znº), que, a partir da sua forma metálica (neutra), estão em condições de perder elétrons para formar os cátions alumínio (Al3+), o estanho (Sn2+) e o zinco (Zn2+). Os metais cobre (Cu) e platina (Pt) são metais nobres, com pouca tendência de perder elétrons; por isso, seus potenciais de oxidação são negativos. Ora, sabemos que os “cátions” já perderam seus elétrons de valência. Como nas opções de resposta há elementos metálicos (“a”, “b” e “d”) e cátions de elementos metálicos (“c” e “e”), as opções contendo cátions podem ser descartadas. Assim, resta apenas a opção “d”, estanho (Sn). Grau de dificuldade – Difícil. O estudante precisa ficar atento aos dados fornecidos, adaptando-os à utilidade que se quer dar aos elementos. No entanto, essas não são as únicas “pegadinhas”: é muito comum o estudante se distrair no momento de escolher a resposta e não “enxergar” que algumas opções contêm elementos neutros e outras contém cátions. Com muita atenção, o estudante poderá aproveitar a “pegadinha” como vantagem e descartar as duas opções com cátions, aumentando suas chances de acerto. Resposta d) Sn(s).
