Questão 90 — ENEM 2015Caderno azul · 1º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Química Orgânica (reações de oxidação) e Química Ambiental (princípios da Química Verde)
• ⚡ Nível: Difícil — exige interpretar dois fluxogramas de síntese orgânica com múltiplos reagentes, catalisadores e condições, comparando-os objetivamente
• 🎯 Tema/Habilidade: Química Verde — economia de processo, redução de etapas e resíduos (Competência de Área 6: Tecnologias e sustentabilidade)
• 🏆 Gabarito: A — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual característica, evidenciada na figura, faz da segunda rota de síntese do ácido adípico uma rota mais sustentável que a primeira?"
• Palavras-chave decisivas: "fator... positivamente", "segunda rota", "verde", "comparação com a primeira"
• Armadilha típica: confundir a natureza do reagente H₂O₂ (que É um oxidante) com "ausência de oxidante", ou não perceber que o tungstênio do Na₂WO₄ também é um metal — levando o candidato a marcar C ou D por leitura apressada da figura.
• O que a resposta precisa demonstrar: capacidade de comparar, item a item, os dois esquemas de reação (número de etapas, reagentes, catalisadores, subprodutos) e identificar qual diferença de fato configura uma vantagem ambiental, e não apenas uma impressão superficial.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Química Verde: conjunto de princípios (Anastas e Warner) que orientam o desenvolvimento de processos químicos com menor geração de resíduos, menor toxicidade, maior economia de átomos e menor consumo de energia — sem abrir mão da eficiência industrial.
• Economia de etapas de síntese: cada etapa reacional adicional exige novo reator, novo controle de temperatura, isolamento e purificação de intermediários, e reduz o rendimento global do processo (o rendimento final é o produto dos rendimentos parciais). Diminuir o número de etapas é uma das formas mais diretas de tornar uma síntese mais verde.
• Reações de oxidação em síntese orgânica: convertem hidrocarbonetos/álcoois em compostos com maior grau de oxidação (cetonas, ácidos carboxílicos). O que diferencia um processo "verde" de um convencional não é a ausência de oxidação, mas a natureza do agente oxidante e do subproduto gerado (por exemplo, H₂O — inofensiva — versus N₂O — gás de efeito estufa).
• Catálise metálica: metais de transição (Co, Cr, V, Cu, W) atuam como catalisadores em ambas as rotas mostradas; a simples presença de um metal não é, isoladamente, um problema ambiental — o que importa é a toxicidade dos resíduos gerados no processo global.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado (e da Figura)

• Evidência 1 (rota tradicional/marrom): cicloexano —(Co, 180 °C)→ hidroperóxido de cicloexila —(Cr(III), lavagem cáustica)→ cicloexanona + cicloexanol —(HNO₃ 60%, 120 °C, V⁵⁺/Cu)→ ácido adípico + CO₂ + N₂O → revela uma síntese em três etapas reacionais distintas, cada uma com catalisador e condições próprias, culminando na liberação de N₂O, um gás de efeito estufa muito mais potente que o CO₂.
• Evidência 2 (rota verde): cicloexeno —(Na₂WO₄, 4 H₂O₂, 75–90 °C)→ ácido adípico + 4 H₂O → revela que o alceno é convertido diretamente em ácido adípico em uma única equação química, usando peróxido de hidrogênio catalisado por tungstato de sódio, tendo apenas água como subproduto.
• Síntese: ao colocar as duas rotas lado a lado, a diferença mais evidente — e a que está diretamente representada no esquema — é o número de etapas: três reações sucessivas na rota tradicional contra uma única reação na rota verde. Esse é o caminho direto para a resposta correta.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Contar as etapas de cada rota

Rota tradicional: (1) oxidação do cicloexano a hidroperóxido de cicloexila (catalisador Co, 180 °C); (2) decomposição do hidroperóxido, com Cr(III) e lavagem cáustica, formando a mistura cicloexanona/cicloexanol; (3) oxidação dessa mistura com HNO₃ 60% (120 °C, catalisadores V⁵⁺ e Cu) até ácido adípico, liberando CO₂ e N₂O. São 3 etapas reacionais independentes.

Rota verde: cicloexeno reage diretamente com H₂O₂ (4 equivalentes), catalisado por Na₂WO₄, a 75–90 °C, formando ácido adípico e água. É 1 única etapa.

Subpasso 4.2 — Relacionar "etapa única" aos princípios da química verde

Cada etapa de uma síntese multietapas soma: gasto energético próprio (aquecimento, agitação, resfriamento), reagentes e solventes adicionais, operações de separação/purificação de intermediários (que geram resíduo) e perda de rendimento acumulada. Reduzir de três etapas para uma única etapa diminui drasticamente o consumo de energia, o volume de reagentes empregados e a geração de resíduos intermediários — isto é exatamente a "economia de processo", um dos pilares centrais dos 12 princípios da química verde.

Subpasso 4.3 — Verificação (descartar hipóteses concorrentes com base na própria figura)

• A rota verde usa H₂O₂, que é um reagente oxidante → isso invalida a ideia de "ausência de oxidantes".
• A rota verde usa Na₂WO₄, catalisador que contém o metal tungstênio; a rota tradicional também usa metais (Co, Cr, V, Cu) → não há "ausência de metais" em nenhuma das duas rotas.
• A figura não traz nenhuma informação sobre grau de pureza do produto final em cada rota.
• A figura não menciona gasto energético de separação do produto (e "gasto nulo" é fisicamente irreal).

Restando apenas uma diferença comprovada e vantajosa: o número de etapas da síntese.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Etapa única na síntese.

✅ Correta: a rota verde converte cicloexeno diretamente em ácido adípico numa única equação (cicloexeno + 4 H₂O₂ → ácido adípico + 4 H₂O), enquanto a rota tradicional exige três etapas reacionais sucessivas (formação do hidroperóxido, decomposição a cetona/álcool e oxidação final com HNO₃). Menos etapas significa menos energia consumida, menos reagentes auxiliares e menos resíduos intermediários gerados — a essência da economia de processo pregada pela química verde.

B) Obtenção do produto puro.

❌ Incorreta: o esquema apresentado não fornece nenhum dado sobre o grau de pureza do ácido adípico obtido em cada rota. Como essa informação simplesmente não consta da figura, ela não pode ser o "fator" evidenciado pela comparação proposta no enunciado.

C) Ausência de reagentes oxidantes.

❌ Incorreta: é o oposto do que a figura mostra — a rota verde emprega peróxido de hidrogênio (H₂O₂), um reagente tipicamente oxidante, para transformar o cicloexeno em ácido adípico. A vantagem ambiental não está na ausência de oxidante, mas no tipo de oxidante usado: H₂O₂ gera água como subproduto, enquanto o HNO₃ da rota tradicional gera N₂O, um gás de efeito estufa.

D) Ausência de elementos metálicos no processo.

❌ Incorreta: a rota verde utiliza tungstato de sódio (Na₂WO₄) como catalisador, um composto que contém o metal tungstênio. Portanto, há elemento metálico presente também na rota "verde", assim como Co, Cr, V e Cu estão presentes na rota tradicional — a diferença não está na presença ou ausência de metais.

E) Gasto de energia nulo na separação do produto.

❌ Incorreta: nenhum processo químico real apresenta gasto energético nulo em etapas de separação e purificação; além disso, a figura sequer detalha as condições de isolamento do ácido adípico em nenhuma das duas rotas, de modo que essa afirmação não encontra respaldo algum nos dados apresentados.

🏆 Gabarito: A — a rota verde substitui as três etapas reacionais da síntese tradicional (formação do hidroperóxido, decomposição catalítica e oxidação com ácido nítrico) por uma única transformação direta do cicloexeno em ácido adípico, reduzindo consumo de reagentes, energia e geração de resíduos — a marca registrada de um processo mais sustentável.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: apenas a alternativa A encontra respaldo direto na comparação das duas rotas da figura (3 etapas versus 1 etapa); as demais alternativas contradizem informações explícitas do esquema (presença de oxidante e de metal também na rota verde) ou não são sustentadas por nenhum dado apresentado.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma cobrar química verde comparando rotas sintéticas reais, pedindo que o candidato identifique o "fator verde" concreto — número de etapas, natureza do subproduto (água versus gases poluentes) ou tipo de reagente — em vez de simplesmente recitar os "12 princípios" de memória.
• Generalização: em questões desse tipo, sempre priorize o que está EXPLICITAMENTE representado nos esquemas (contagem de etapas, fórmula dos subprodutos, reagentes indicados sobre as setas) e desconfie de alternativas com termos absolutos ("ausência total", "gasto nulo") quando a própria figura mostra reagentes e catalisadores presentes nas duas rotas.
• Dica de eliminação rápida: corte de imediato qualquer alternativa que use "ausência total" ou "nulo" sempre que a figura mostrar reagentes/catalisadores em ambas as rotas — isso elimina C, D e E em poucos segundos, restando comparar apenas A e B pelo que realmente está desenhado no esquema.
• Conexões: impacto ambiental de subprodutos industriais (efeito estufa do N₂O), economia de átomos em sínteses multietapas e cálculo de rendimento global de processos químicos.