ENEM 2016 terceira aplicação
A água consumida na maioria das cidades brasileiras é obtida pelo tratamento de água e mananciais. A parte incial do tratamento consiste no peneiramento e sedimentação de partículas maiores. Na etapa seguinte, dissolvem-se na água carbonato de sódio e, em seguida, sulfato de alumínio. O resultado é a precipitação de hidróxido de alumínio, que é pouco solúvel em água, o qual leva consigo as partículas poluentes menores. Posteriormente, a água passa por um processo de desinfecção e, finalmente, é disponiblizada para o consumo.
No processo descrito, a precipitação de hidróxido de alumínio é viabilizada porque
a dissolução do alumínio resfria a solução.
o excesso de sódio impossibilita sua solubilização.
a oxidação provocada pelo sulfato produz hidroxilas.
as partículas contaminantes menores atraem essa substância.
o equilíbrio químico do carbonato em água torna o meio alcalino.
Resolução
Passo a Passo da Solução:
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Identificar os Reagentes e o Produto Chave: O texto descreve a adição de carbonato de sódio (Na₂CO₃) e, em seguida, sulfato de alumínio (Al₂(SO₄)₃) à água. O resultado é a precipitação de hidróxido de alumínio (Al(OH)₃).
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Analisar o Efeito do Carbonato de Sódio (Na₂CO₃) na Água: O carbonato de sódio é um sal derivado de uma base forte (NaOH) e um ácido fraco (H₂CO₃). Quando dissolvido em água, o íon carbonato (CO₃²⁻) sofre hidrólise:
\( \text{CO}_3^{2-}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HCO}_3^-(aq) + \text{OH}^-(aq) \)
Essa reação produz íons hidroxila (OH⁻), tornando a solução básica (ou alcalina), ou seja, aumentando o pH da água.
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Analisar o Efeito do Sulfato de Alumínio (Al₂(SO₄)₃) na Água: O sulfato de alumínio é um sal solúvel que se dissocia em água, liberando íons alumínio (Al³⁺) e íons sulfato (SO₄²⁻):
\( \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3(s) \rightarrow 2 \text{Al}^{3+}(aq) + 3 \text{SO}_4^{2-}(aq) \)
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Compreender a Precipitação do Hidróxido de Alumínio (Al(OH)₃): O hidróxido de alumínio é uma substância pouco solúvel em água. Sua precipitação ocorre quando a concentração de íons Al³⁺ e OH⁻ na solução é suficientemente alta para exceder o produto de solubilidade (Kps) do Al(OH)₃. A reação de precipitação é:
\( \text{Al}^{3+}(aq) + 3 \text{OH}^-(aq) \rightarrow \text{Al}(\text{OH})_3(s) \)
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Conectar os Passos: A adição prévia de carbonato de sódio (Passo 2) aumentou a concentração de íons OH⁻, tornando o meio alcalino. Quando o sulfato de alumínio é adicionado (Passo 3), os íons Al³⁺ reagem com os íons OH⁻ presentes em excesso (devido à hidrólise do carbonato), formando o precipitado de hidróxido de alumínio (Passo 4).
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Concluir: Portanto, a precipitação do hidróxido de alumínio é viabilizada porque a adição de carbonato de sódio torna o meio aquoso alcalino (aumenta a concentração de OH⁻) devido ao equilíbrio químico da hidrólise do íon carbonato.
Dicas
Erros Comuns
Revisão de Conceitos:
- Hidrólise Salina: Sais formados a partir de ácidos fracos e/ou bases fracas podem reagir com a água (hidrólise), alterando o pH da solução. Sais de base forte e ácido fraco (como Na₂CO₃) geram soluções básicas (pH > 7) devido à produção de OH⁻.
- Solubilidade e Precipitação: A solubilidade é a capacidade máxima de um soluto se dissolver em um solvente. A precipitação ocorre quando a concentração dos íons em solução excede o produto de solubilidade (Kps) de um composto iônico pouco solúvel, formando um sólido.
- Equilíbrio Químico: Muitas reações, incluindo a hidrólise e a dissolução/precipitação, são processos reversíveis que atingem um estado de equilíbrio. A adição de reagentes ou produtos pode deslocar o equilíbrio (Princípio de Le Chatelier).
- pH e Alcalinidade: O pH mede a acidez ou basicidade de uma solução aquosa. Soluções com pH > 7 são básicas ou alcalinas, caracterizadas por uma concentração de íons OH⁻ maior que a de íons H⁺.
- Floculação: Processo no qual partículas finas em suspensão se agregam para formar flocos maiores, que podem ser removidos mais facilmente por sedimentação ou filtração. O Al(OH)₃ atua como floculante no tratamento de água.
