(Enem 2014) 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
. Para atender a legislação, um químico separou as seguintes substâncias, disponibilizadas no almoxarifado da empresa:
e
.
Para que o resíduo possa ser lançado diretamente no corpo receptor, qual substância poderia ser empregada no ajuste do pH ?
a)
b)
c)
d)
a)
b)
c)
d)
Passo 1
O enunciado dá a concentração de íons hidroxila do resíduo e pede que eu escolha, entre cinco substâncias disponíveis, qual delas poderia ser usada para ajustar o pH do resíduo de modo que ele atenda à legislação (pH entre
e
). Informações importantes fornecidas no enunciado:
As opções disponíveis (copiadas do enunciado) são:
,
,
,
e
.
A pergunta explícita: qual substância poderia ser empregada no ajuste do pH para que o resíduo possa ser lançado diretamente no corpo receptor (isto é, para que o pH fique em )?
A pergunta explícita: qual substância poderia ser empregada no ajuste do pH para que o resíduo possa ser lançado diretamente no corpo receptor (isto é, para que o pH fique em
Passo 2
Vou encontrar o pH atual do resíduo a partir da concentração de
. Primeiro lembro das definições e relações básicas (explicando cada símbolo):
-
é a concentração molar dos íons hidroxila. -
é definido por . - A constante iônica da água a
é , e isso implica a relação
Agora aplico a fórmula para achar
:
Como
e
, temos
Passo 3
Com
uso a relação
para obter o pH:
Interpretação: o resíduo tem pH igual a
, ou seja está ácido. A legislação exige
. Logo é necessário aumentar o pH do resíduo (tornar a solução menos ácida) até pelo menos
. Para aumentar o pH precisamos adicionar uma substância que gere espécies básicas (aumente a concentração de
) ou neutralize
.
Passo 4
Agora eu analiso as opções dadas e classifico qualitativamente o comportamento ácido/base de cada uma (vou explicar em linguagem simples o porquê de cada classificação):
-
(ácido acético): é um ácido fraco. Adicioná‑lo ao resíduo ácido só tornaria a solução mais ácida ou no mínimo não ajudaria a subir o pH. Portanto não serve para aumentar o pH. -
(sulfato de sódio): é o sal formado por (contra‑íon de base forte ) e (contra‑íon do ácido sulfúrico). Em solução aquosa é neutro e tem basicidade muito fraca; na prática dá uma solução aproximadamente neutra e não é útil para subir o pH de forma significativa. -
(metanol): é um álcool orgânico pouco ionizável em água (não é uma base significativa nem uma fonte de ). Não altera o pH de forma relevante; além disso é um solvente/organóide, não um agente de ajuste ácido‑base. -
(carbonato de potássio): é o sal de uma base forte ( ) com um ácido fraco ( ). O ânion é básico e hidrolisa em água, gerando . Portanto é uma substância que aumenta o pH (gera meio básico) e é indicada quando se quer neutralizar uma solução ácida. -
(cloreto de amônio): é o sal de um ácido forte ( ) com uma base fraca ( ). O íon é levemente ácido (pode liberar ), então acidifica a solução; não serve para aumentar pH.
Passo 5
Detalho a razão química pela qual
aumenta o pH (aqui mostro a reação de hidrólise do ânion carbonato):
Nessa reação, a
retira um próton da água formando
e liberando
. O aumento de
eleva o
negativo (reduz o
) e, via relação
, resulta em aumento do
. Portanto a adição de
neutraliza acidez e eleva o pH do resíduo, aproximando‑o da faixa legal.
Passo 6
Verifico rapidamente que nenhuma outra opção faz sentido para subir o pH do resíduo ácido:
-
e tornam o meio mais ácido. -
e são praticamente neutros (ou inertes) e não conseguirão elevar o pH do valor para pelo menos de modo controlado.
Assim, a opção que de fato cumpre a função desejada de elevar o pH é.
Passo 7
Resumo final e incentivo: começamos com pH
(fora da faixa
–
), identificamos que é preciso adicionar um agente básico para aumentar o pH, e entre as opções só
fornece um ânion (
) que gera
em solução. Portanto a escolha correta é a opção que contém
. Boa! Você já entendeu o raciocínio essencial: descobrir pH inicial, ver se precisa subir ou baixar, e escolher substância que provoque essa mudança pela sua química ácido/base.
Resposta
d)