Questão 106 — ENEM 2017 PPL

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Fenômenos físicos e químicos; noções de metalurgia do alumínio (Processo Bayer e eletrólise ígnea)
• ⚡ Nível: Médio — exige reconhecer, em três etapas de um processo industrial descrito em texto corrido, quais envolvem formação de novas substâncias e quais são apenas mudanças de estado ou forma
• 🎯 Tema/Habilidade: Diferenciação entre transformação física e transformação química em processos de obtenção de metais (Competência de Área 5 do ENEM — transformações químicas e suas implicações)
• 🏆 Gabarito: E — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Classifique as etapas 1, 3 e 5 do processo de produção do alumínio metálico como fenômeno físico ou fenômeno químico."
• Palavras-chave decisivas: formação da espécie solúvel, decompõe, alumínio reduzido
• Armadilha típica: achar que "dissolução" (etapa 1) e "passagem de corrente elétrica" (etapa 5) são, por si só, processos físicos — ignorando que, nesses dois casos, o texto descreve explicitamente a formação de uma substância nova (o aluminato de sódio) e uma reação de redução (o alumínio metálico surgindo a partir do íon Al³⁺).
• O que a resposta precisa demonstrar: capacidade de identificar, em cada etapa, se houve quebra/formação de ligações químicas com surgimento de substância(s) de composição diferente (fenômeno químico) ou apenas mudança de estado físico, forma ou concentração sem alteração da identidade química da substância (fenômeno físico).

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Fenômeno físico: transformação que não altera a composição química da substância — muda apenas estado físico, forma, tamanho ou dispersão (ex.: fusão do gelo, evaporação da água, dissolução de um sal sem reação com o solvente).
• Fenômeno químico: transformação em que ocorre quebra e formação de novas ligações químicas, produzindo substância(s) com fórmula, estrutura e propriedades diferentes das iniciais (ex.: reações de síntese, decomposição térmica, oxirredução).
• Óxido anfótero (Al2O3): reage tanto com ácidos quanto com bases fortes. Diante de NaOH concentrado e quente, o Al2O3 sofre reação ácido-base, formando o íon complexo aluminato, [Al(OH)4]⁻ — este é o fundamento químico do Processo Bayer, usado industrialmente para purificar a bauxita.
• Eletrólise ígnea (Processo Hall-Héroult): o Al2O3 fundido é submetido à passagem de corrente elétrica contínua; no cátodo ocorre a semirreação de redução (Al³⁺ + 3e⁻ → Al⁰), e no ânodo ocorre oxidação do íon óxido. É um processo eletroquímico, logo sempre químico, mesmo que a energia usada seja elétrica.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1 (etapa 1): "levando à formação da espécie solúvel NaAl(OH)4(aq)" → o verbo "formação" indica que uma substância NOVA surgiu — o Al2O3 sólido e o NaOH em solução deram origem a um composto diferente, o aluminato de sódio. Isso é reação química, não simples dissolução física.
• Evidência 2 (etapa 3): "ele se decompõe em Al2O3(s) e H2O" → o verbo "decompõe" é típico de reação de decomposição térmica: o hidróxido de alumínio quebra suas ligações Al–OH ao ser aquecido, originando duas substâncias novas (óxido e água). Fenômeno químico inequívoco.
• Evidência 3 (etapa 5): "obtém-se o alumínio reduzido no cátodo" → a palavra "reduzido" aponta diretamente para uma semirreação de redução (ganho de elétrons pelo Al³⁺), processo eletroquímico que converte um íon em metal — mudança de estado de oxidação é sempre marca de fenômeno químico.
• Síntese: as três etapas cobradas (1, 3 e 5) trazem, cada uma, um verbo-chave que denuncia formação de substância nova ou alteração do número de oxidação — não há, em nenhuma delas, apenas mudança de estado físico ou forma. Isso já aponta para as três serem classificadas como químicas.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Etapa 1: dissolução do Al2O3 em NaOH (175 °C)

O óxido de alumínio é anfótero: na presença de uma base forte e concentrada, ele reage — não apenas se dispersa no líquido como faria um sal comum ao dissolver em água. A equação simplificada é:

Al2O3(s) + 2 NaOH(aq) + 3 H2O(l) → 2 NaAl(OH)4(aq)

Note que o alumínio, que estava ligado a íons óxido (O²⁻) no sólido, passa a fazer parte de um íon complexo tetra-hidroxialuminato, [Al(OH)4]⁻, com ligações Al–O(H) totalmente diferentes das do óxido original. Houve ruptura de ligações antigas e formação de ligações novas: isso é a própria definição de reação química. Etapa 1 = fenômeno químico.

Subpasso 4.2 — Etapa 3: decomposição térmica do Al(OH)3 (1 050 °C)

Ao ser calcinado em alta temperatura, o hidróxido de alumínio sofre decomposição:

2 Al(OH)3(s) →(calor) Al2O3(s) + 3 H2O(g)

Uma única substância (o hidróxido) se transforma em duas substâncias diferentes (óxido e vapor d'água), com quebra das ligações O–H e Al–O(H) do reagente. Toda reação de decomposição — assim como toda reação de síntese — é, por definição, um fenômeno químico, pois altera a identidade química das espécies envolvidas. Etapa 3 = fenômeno químico.

Subpasso 4.3 — Etapa 5: redução eletrolítica do alumínio

Na cuba eletrolítica, a corrente elétrica promove a eletrólise ígnea do Al2O3 fundido (dissolvido em criolita para baixar o ponto de fusão):

• Cátodo (redução): Al³⁺ + 3 e⁻ → Al(s)
• Ânodo (oxidação): 2 O²⁻ → O2(g) + 4 e⁻

O estado de oxidação do alumínio muda de +3 (no óxido) para 0 (no metal) — mudança de nox é sempre sinal inequívoco de transformação química, mesmo que o "agente" físico envolvido seja a eletricidade. A eletrólise é, por definição, um processo eletroquímico (portanto químico). Etapa 5 = fenômeno químico.

Verificação: As três etapas analisadas (1, 3 e 5) resultaram, nas três, em "fenômeno químico". Confrontando com as alternativas, apenas a opção que traz "Químico, químico e químico" nesta ordem satisfaz o resultado — que é exatamente a alternativa E.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Químico, físico e físico.

❌ Incorreta: acerta a etapa 1 (química), mas erra as etapas 3 e 5. A etapa 3 não é física — o Al(OH)3 se decompõe em duas substâncias novas (Al2O3 e H2O), o que é reação de decomposição. A etapa 5 também não é física — há redução do Al³⁺ a Al⁰ no cátodo, mudança de estado de oxidação característica de fenômeno químico.

B) Físico, físico e químico.

❌ Incorreta: erra logo a etapa 1, tratando a "dissolução" como mero processo físico. Mas o texto deixa claro que há "formação da espécie solúvel NaAl(OH)4" — uma substância nova, resultado de reação ácido-base entre o óxido anfótero e a base forte. Também erra a etapa 3 pelo mesmo motivo da alternativa A.

C) Físico, químico e físico.

❌ Incorreta: acerta apenas a etapa 3. Erra a etapa 1 (tratando a dissolução reativa como física) e erra a etapa 5 (tratando a eletrólise, um processo redox, como física).

D) Químico, físico e químico.

❌ Incorreta: acerta as etapas 1 e 5, mas classifica erroneamente a etapa 3 como física. A calcinação do Al(OH)3 não é uma simples secagem ou evaporação — é uma decomposição térmica que rompe ligações químicas e forma duas substâncias com composições distintas do reagente original.

E) Químico, químico e químico.

✅ Correta: as três etapas (1, 3 e 5) envolvem, cada uma, formação de substância nova ou alteração do estado de oxidação — a dissolução reativa do Al2O3 em NaOH (etapa 1), a decomposição térmica do Al(OH)3 (etapa 3) e a redução eletrolítica do Al³⁺ a Al⁰ (etapa 5) são, todas, transformações químicas.

🏆 Gabarito: E — as etapas 1, 3 e 5 envolvem, respectivamente, formação de um composto novo por reação ácido-base, decomposição térmica e redução eletroquímica: as três são fenômenos químicos.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: só a alternativa E classifica corretamente as três etapas como químicas, pois em todas elas há mudança na composição química das espécies envolvidas (formação de novo composto, decomposição ou alteração de nox) — não apenas mudança de estado físico ou de forma.
• Padrão de cobrança: o ENEM gosta de inserir a distinção físico × químico dentro de um contexto tecnológico ou industrial (metalurgia, tratamento de água, produção de alimentos), obrigando o estudante a interpretar verbos-chave do texto ("dissolve", "decompõe", "reduz", "funde", "evapora") em vez de decorar exemplos isolados de livro didático.
• Generalização: sempre que houver formação de substância com fórmula química diferente da(s) inicial(is) — inclusive reações de dissolução com reação química, decomposição térmica e processos eletroquímicos (eletrólise, pilhas) — o fenômeno é químico; se apenas o estado físico, o tamanho das partículas ou a forma mudarem sem alterar a identidade das substâncias, o fenômeno é físico.
• Dica de eliminação rápida: procure por verbos que indicam formação/quebra de substância ("formação de", "decompõe-se em", "reduzido/oxidado", "reage com") — eles sinalizam fenômeno químico; já verbos como "funde", "evapora", "sublima", "dissolve" (sem reação) indicam fenômeno físico. Nesta questão, os três verbos das etapas cobradas (formação, decompõe, reduzido) já eliminam de cara qualquer alternativa que marque "físico" para alguma delas.
• Conexões: o tema se conecta diretamente com eletroquímica (pilhas e eletrólise), funções inorgânicas (óxidos anfóteros, como o Al2O3 e o ZnO) e processos industriais de obtenção de metais a partir de minérios, todos temas recorrentes em provas de Química do ENEM.