1. A nanofiltração é um processo de separação que emprega membranas poliméricas cujo diâmetro de poro está na faixa de 1 nm . Considere uma solução aquosa preparada com sais solúveis de cálcio, magnésio, sódio e potássio. O processo de nanofiltração dessa solução retém os íons divalentes, enquanto permite a passagem da água e dos íons monovalentes.
    As espécies iônicas retidas são:
    (a) sódio e potássio
    (b) potássio e cálcio
    (c) magnésio e sódio
    (d) cálcio e magnésio

Passo 1

O enunciado dá as seguintes informações (vou listar exatamente o que importa):
  • A nanofiltração usa membranas poliméricas com diâmetro de poro na faixa de \,1\\ \text{nm}.
  • A solução contém sais solúveis de cálcio, magnésio, sódio e potássio.
  • O processo de nanofiltração, conforme descrito, retém os íons divalentes e permite a passagem da água e dos íons monovalentes.
    A pergunta do exercício é: quais espécies iônicas, entre as opções dadas, são retidas pelo processo?

Passo 2

Entender o que significa “monovalente” e “divalente” é o primeiro passo. Vou explicar de forma simples:
  • Um íon monovalente tem carga elétrica igual a +1 (ou -1 se fosse aniônico). Ex.: \text{Na}^+ e \text{K}^+ têm carga +1.
  • Um íon divalente tem carga elétrica igual a +2 (ou -2). Ex.: \text{Ca}^{2+} e \text{Mg}^{2+} têm carga +2.
    Por que isso importa? Porque a regra do enunciado diz que a nanofiltração retém os íons divalentes e deixa passar os monovalentes — então precisamos identificar, dentre os elementos citados, quais formam íons +1 e quais formam íons +2.

Passo 3

Como identificar rapidamente as cargas típicas desses elementos (dica prática para a prova):
  • Sódio ( \text{Na}) e potássio ( \text{K}) são metais alcalinos (grupo 1 da tabela periódica). Eles tendem a perder um elétron e formam íons com carga +1: \text{Na}^+, \text{K}^+.
  • Cálcio ( \text{Ca}) e magnésio ( \text{Mg}) são metais alcalino-terrosos (grupo 2). Eles tendem a perder dois elétrons e formam íons com carga +2: \text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}.
    Memorizar “grupo 1 → +1; grupo 2 → +2” é uma maneira rápida de resolver questões assim durante a prova.

Passo 4

Explicação didática do porquê a nanofiltração retém divalentes (isso te ajuda a justificar a resposta na hora da prova):
  • Nanofiltração combina dois efeitos principais para rejeitar íons: exclusão por tamanho (pores ~ \,1\\ \text{nm}) e repulsão eletrostática (efeitos de carga, frequentemente chamados de efeito Donnan).
  • Íons na água carregam uma “camada de hidratação” — ou seja, estão cercados por moléculas de água. Íons com carga maior (como +2) interagem mais fortemente com a água e com a superfície carregada da membrana, resultando em maior rejeição pela membrana.
  • Assim, íons divalentes (carga +2) são muito mais propensos a ser retidos pela nanofiltração do que íons monovalentes ( +1), que passam com mais facilidade junto com a água.
    Esse é o ponto chave: por carga e por hidratação efetiva, os divalentes ficam retidos; os monovalentes passam.

Passo 5

Aplicando isso aos íons da solução:
  • \text{Na}^+ e \text{K}^+ são monovalentes → tendem a passar pela membrana.
  • \text{Ca}^{2+} e \text{Mg}^{2+} são divalentes → tendem a ser retidos pela nanofiltração.

Passo 6

Agora compare com as alternativas dadas. A alternativa que lista os íons divalentes ( \text{Ca}^{2+} e \text{Mg}^{2+}) é a correta.

Resposta

(d) cálcio e magnésio