ENEM 2016
O carvão ativado é um material que possui elevado teor de carbono, sendo muito utilizado para a remoção de compostos orgânicos voláteis do meio, como o benzeno. Para a remoção desses compostos, utiliza-se a adsorção. Esse fenômeno ocorre por meio de interações do tipo intermoleculares entre a superfície do carvão (adsorvente) e o benzeno (adsorvato, substância adsorvida).
No caso apresentado, entre o adsorvente e a substância adsorvida ocorre a formação de:
Resolução
Passo a passo da solução:
-
Identificar as substâncias interagentes: O problema descreve a interação entre o carvão ativado (adsorvente) e o benzeno (adsorvato).
-
Analisar a natureza do carvão ativado: O texto informa que o carvão ativado possui elevado teor de carbono. O carbono em suas formas alotrópicas elementares (como grafite, que é uma boa aproximação para a estrutura do carvão ativado em nível local) é formado por átomos de carbono ligados entre si. As ligações C-C são apolares, e a estrutura geral de uma superfície de carvão ativado pode ser considerada predominantemente apolar.
-
Analisar a natureza do benzeno (C₆H₆): O benzeno é um hidrocarboneto aromático. Sua fórmula molecular é C₆H₆. A molécula é um anel hexagonal plano. As ligações C-H possuem uma pequena diferença de eletronegatividade, mas devido à geometria simétrica da molécula (simetria D₆h), os momentos dipolares das ligações se cancelam. Portanto, o benzeno é uma molécula apolar.
-
Identificar o tipo de interação intermolecular: O problema afirma que a adsorção ocorre por meio de interações intermoleculares. Precisamos determinar qual tipo de força intermolecular é predominante entre uma superfície apolar (carvão ativado) e uma molécula apolar (benzeno).
-
Relembrar os tipos de forças intermoleculares:
- Ligações de hidrogênio: Ocorrem quando H está ligado a F, O ou N. Não é o caso aqui.
- Interações dipolo-dipolo (ou dipolo permanente-dipolo permanente): Ocorrem entre moléculas polares. Não é o caso aqui, pois ambas as espécies são apolares.
- Forças de London (ou dipolo induzido-dipolo induzido): Ocorrem entre todas as moléculas, mas são as únicas forças significativas entre moléculas apolares. Elas surgem devido a flutuações temporárias na distribuição eletrônica, criando dipolos instantâneos que induzem dipolos em moléculas vizinhas.
-
Concluir o tipo de interação: Como tanto o carvão ativado quanto o benzeno são apolares, a principal força intermolecular responsável pela adsorção do benzeno na superfície do carvão ativado são as forças de London, também conhecidas como interações dipolo induzido – dipolo induzido.
-
Selecionar a alternativa correta: A alternativa que descreve corretamente essa interação é a D.
Dicas
Erros Comuns
Revisão de Conceitos
Para resolver esta questão, é fundamental entender os seguintes conceitos:
- Adsorção: Fenômeno de superfície onde moléculas de uma substância (adsorvato) aderem à superfície de outra substância (adsorvente), geralmente um sólido. Pode ser física (fisissorção), envolvendo forças intermoleculares fracas, ou química (quimissorção), envolvendo a formação de ligações químicas.
-
Forças Intermoleculares: Forças de atração ou repulsão que atuam entre moléculas vizinhas. São mais fracas que as ligações intramoleculares (covalentes, iônicas).
- Forças de London (Dipolo Induzido-Dipolo Induzido): Presentes em todas as moléculas, resultam de dipolos temporários criados pelo movimento dos elétrons. São as únicas forças entre moléculas apolares. Sua intensidade aumenta com o tamanho da molécula (número de elétrons).
- Forças Dipolo-Dipolo (Dipolo Permanente-Dipolo Permanente): Ocorrem entre moléculas polares, devido à atração entre as extremidades positivas e negativas dos dipolos permanentes.
- Ligações de Hidrogênio: Um tipo especial e mais forte de interação dipolo-dipolo, ocorrendo quando o hidrogênio está ligado a átomos muito eletronegativos como Flúor (F), Oxigênio (O) ou Nitrogênio (N).
-
Polaridade Molecular: Uma molécula é polar se tiver um momento dipolar resultante diferente de zero, o que ocorre se houver ligações polares distribuídas de forma assimétrica. Moléculas simétricas com ligações polares podem ser apolares se os momentos dipolares das ligações se cancelarem. Moléculas formadas apenas por ligações apolares são sempre apolares.
- Carvão Ativado: Material poroso com grande área superficial, constituído principalmente de carbono. É considerado apolar.
- Benzeno (C₆H₆): Hidrocarboneto aromático cíclico, plano e simétrico. É uma molécula apolar.
- Ligações Covalentes: Compartilhamento de elétrons entre átomos para formar moléculas. São forças intramoleculares.
- Ligações Dissulfeto: Ligações covalentes específicas entre dois átomos de enxofre (S-S).
Avaliar propostas de intervenção no meio ambiente aplicando conhecimentos químicos, observando riscos ou benefícios.
