Em vazamentos ocorridos em refinarias de petróleo, que extravasam para rios, lagos e oceanos, verifica-se a utilização de barreiras de contenção para evitar a dispersão do óleo. Nesses casos, observa-se a formação de um sistema heterogêneo onde o petróleo fica na superfície desses recursos hídricos. Sobre o sistema acima descrito é correto afirmar que a água e o petróleo não se misturam porque:
a) se apresentam em estados físicos diferentes
b) apresentam densidades diferentes, e o petróleo fica na superfície devido a sua maior densidade
c) apresentam moléculas com polaridades diferentes, e o petróleo fica na superfície devido a sua menor densidade.
d) a viscosidade da água é maior que a do petróleo.

Passo 1

O enunciado descreve um derramamento de petróleo em água (rio, lago ou oceano) e pergunta por que a água e o petróleo não se misturam. O enunciado também informa que o petróleo fica na superfície. As alternativas dadas são:
a) se apresentam em estados físicos diferentes
b) apresentam densidades diferentes, e o petróleo fica na superfície devido a sua maior densidade
c) apresentam moléculas com polaridades diferentes, e o petróleo fica na superfície devido a sua menor densidade.
d) a viscosidade da água é maior que a do petróleo.
O que é pedido: identificar a justificativa correta para a imiscibilidade (não mistura) e para o fato do petróleo permanecer na superfície.

Passo 2

Entender o que significa “misturar” e o que determina miscibilidade. Dois líquidos são miscíveis quando suas moléculas interagem de forma favorável de modo que se forma uma solução homogênea. A regra prática usada em química é a regra “semelhante dissolve semelhante”: solventes polares tendem a dissolver substâncias polares; solventes não polares dissolvem substâncias não polares. Essa regra vem das interações intermoleculares: se romper ligações fixas entre moléculas do solvente para acomodar soluto custa energia, então é favorável quando novas interações soluto–solvente compensam isso.

Passo 3

Explicar polaridade e forças intermoleculares de forma simples.
  • Moléculas polares têm distribuição desigual de cargas (ex.: água), o que permite dipolos e ligações de hidrogênio. Essas interações são relativamente fortes.
  • Moléculas apolares (como os hidrocarbonetos do petróleo) têm distribuição de carga mais uniforme e interagem principalmente por forças de London (forças de dispersão), que são mais fracas e de natureza diferente.
    Quando uma molécula polar tentaria se misturar com uma apolar, não há boas interações compensatórias: misturar significaria quebrar ligações fortes (ex.: ligações de hidrogênio entre moléculas de água) sem formar interações igualmente fortes com as moléculas apolares — isso é energeticamente desfavorável, logo elas não se misturam bem.

Passo 4

Aplicando ao caso água vs. petróleo:
  • A água é uma substância polar e forma extensiva rede de ligações de hidrogênio entre suas moléculas.
  • O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos majoritariamente apolar (moléculas não polares).
    Portanto, por causa da diferença de polaridade e das diferentes forças intermoleculares, a mistura água–petróleo é energeticamente desfavorável: elas tendem a permanecer como duas fases separadas (imiscíveis).

Passo 5

Explicar por que o petróleo fica na superfície (densidade). A posição vertical (flutuar ou afundar) é controlada pela densidade média das substâncias. Valores típicos:
  • densidade da água: \rho_{\text{água}}\approx1,0\\ \text{g·cm}^{-3}á
  • densidade do petróleo (varia conforme a fração): \rho_{\text{petróleo}}\approx0,8\text{ a }0,9\\ \text{g·cm}^{-3}ó
    Como \rho_{\text{petróleo}}<\rho_{\text{água}}óá, o petróleo é menos denso e, por isso, tende a flutuar e formar uma camada na superfície. Isso é um efeito puramente mecânico/gravítico, independente da miscibilidade.

Passo 6

Análise das alternativas (passo a passo, como analisar numa prova):
  • a) “se apresentam em estados físicos diferentes” — incorreto, porque ambos são líquidos no cenário descrito.
  • b) “apresentam densidades diferentes, e o petróleo fica na superfície devido a sua maior densidade” — parcialmente correta quanto à densidade diferente, mas afirma que o petróleo tem maior densidade, o que é falso; na realidade tem menor densidade. Logo, alternativa incorreta.
  • c) “apresentam moléculas com polaridades diferentes, e o petróleo fica na superfície devido a sua menor densidade.” — esta afirmação junta as duas razões corretas: (1) diferença de polaridade explica a imiscibilidade; (2) menor densidade do petróleo explica que ele fica sobre a água. Está consistente com os fatos físicos e químicos anteriores.
  • d) “a viscosidade da água é maior que a do petróleo.” — mesmo que viscosidades possam diferir, viscosidade é a resistência ao escoamento e não explica por que as substâncias não se misturam nem por que o petróleo flutua; portanto não responde corretamente à pergunta.

Passo 7

Como raciocinar rápido na prova: procure palavras-chave — “não se misturam” sugere polaridade/forças intermoleculares; “fica na superfície” sugere comparar densidades e lembrar que substância com densidade menor flutua. Combine as duas ideias e escolha a alternativa que contenha ambas corretamente (polaridade diferente + petróleo menos denso).

Resposta

c)

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