Questão 114 — ENEM 2017 PPL

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Físico-Química (polaridade, forças intermoleculares e coeficiente de partição)
• ⚡ Nível: Médio — exige transpor a fórmula matemática do coeficiente de partição para a estrutura molecular de cinco substâncias diferentes
• 🎯 Tema/Habilidade: Polaridade e solubilidade ("semelhante dissolve semelhante") aplicadas a um contexto de transporte biológico e poluição ambiental
• 🏆 Gabarito: D — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Entre as cinco substâncias, qual delas se dissolve tão pouco no octan-1-ol e tanto na água que a razão Coct/Ca fica praticamente nula?"
• Palavras-chave decisivas: Koa tendendo a zero, Coct/Ca, modelo da atividade das membranas
• Armadilha típica: associar "tendendo a zero" à substância mais volátil, mais reativa ou de menor massa molar, em vez de relacionar o valor com a polaridade e a afinidade por água
• O que a resposta precisa demonstrar: que Koa pequeno significa substância hidrofílica, que permanece na fase aquosa e não penetra a fase lipídica (octanol)

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Coeficiente de partição (Koa ou Kow): razão de equilíbrio entre a concentração de um soluto na fase orgânica (octanol) e na fase aquosa. Quanto maior o Koa, mais lipofílica (afim de gordura) é a substância; quanto menor, mais hidrofílica.
• Regra "semelhante dissolve semelhante": substâncias polares, capazes de fazer ligação de hidrogênio, se dissolvem preferencialmente em água (polar); substâncias apolares, com apenas forças de London, se dissolvem preferencialmente em solventes apolares como a cadeia carbônica do octanol.
• Octan-1-ol como modelo de membrana: é um álcool de cadeia longa (CH₃(CH₂)₆CH₂OH) — possui uma "cauda" apolar extensa (imita os lipídios da bicamada) e uma "cabeça" polar -OH. Por isso serve como aproximação simples da capacidade de uma substância atravessar membranas celulares.
• Ligação de hidrogênio como fator decisivo: grupos -OH e -NH, principalmente em moléculas pequenas, aumentam muito a afinidade por água, pois competem em pé de igualdade com as próprias moléculas de água na formação de pontes de hidrogênio.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "testes laboratoriais empregam o octan-1-ol como modelo da atividade das membranas" → Koa alto indica substância que se comporta como lipossolúvel (atravessa/se acumula em membranas biológicas); Koa baixo indica substância que permanece na água, sem penetrar a barreira lipídica.
• Evidência 2: "Koa = Coct/Ca" → é uma fração. Se a concentração na água (Ca) for muito maior que a concentração no octanol (Coct), o numerador é desprezível frente ao denominador e Koa tende a zero. Logo, buscamos a substância com maior afinidade relativa pela água.
• Síntese: a pergunta exige identificar, entre as cinco opções, a molécula mais polar e mais capaz de interagir por ligação de hidrogênio com a água — e, ao mesmo tempo, menos capaz de se "esconder" em uma cadeia apolar longa como a do octanol.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Classificar a polaridade estrutural de cada substância

• Benzeno (C₆H₆): anel aromático puramente hidrocarbônico, sem heteroátomos. Apresenta apenas forças de dispersão de London — é um clássico soluto apolar, com forte afinidade pelo octanol.
• Butano (C₄H₁₀): alcano de cadeia linear, também sem heteroátomos. Totalmente apolar, hidrofóbico por excelência.
• Éter dietílico (C₂H₅–O–C₂H₅): o oxigênio central tem pares de elétrons livres e pode aceitar ligação de hidrogênio da água, mas não possui H ligado diretamente ao O para doar essa ligação. As duas cadeias etil ao redor do oxigênio ainda dominam o comportamento da molécula, conferindo-lhe caráter majoritariamente apolar.
• Fluorbutano (C₄H₉F): a ligação C–F é polar, mas o flúor está "blindado" por uma cadeia carbônica de quatro carbonos. O resultado prático é um comportamento muito próximo ao do butano — predominantemente hidrofóbico.
• Metanol (CH₃OH): possui grupo -OH capaz de doar e aceitar ligação de hidrogênio, ligado a uma cadeia carbônica de apenas 1 carbono — pequena demais para mascarar a polaridade do grupo hidroxila.

Subpasso 4.2 — Comparar a capacidade de interação com a água

Ordenando as cinco substâncias pela intensidade de ligação de hidrogênio com a água:

metanol (doador + aceptor, molécula minúscula) ≫ éter dietílico (só aceptor, cadeia relativamente grande) ≫ fluorbutano ≈ benzeno ≈ butano (nenhuma ligação de hidrogênio possível).

No metanol, o grupo -OH representa uma fração enorme da molécula, e não existe cadeia apolar significativa para compensar essa polaridade. O resultado é miscibilidade total com a água e solubilidade comparativamente baixa na fase octanol, isto é, Ca ≫ Coct e, portanto, Koa → 0.

Subpasso 4.3 — Verificação por ordem de grandeza

Em dados experimentais de referência de log Kow (coeficiente de partição octanol-água), a ordem aproximada é: metanol (log Kow ≈ −0,8, ou seja, Kow < 1) < éter dietílico (log Kow ≈ 0,9) < benzeno (log Kow ≈ 2,1) < fluorbutano (log Kow ≈ 2,3) < butano (log Kow ≈ 2,9). Apenas o metanol apresenta Kow menor que 1 — todas as demais substâncias têm Koa nitidamente maior que 1, comportando-se como lipofílicas. Isso confirma que o metanol é o único poluente cujo Koa efetivamente tende a zero.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) éter dietílico.

❌ Incorreta: embora o oxigênio permita alguma interação com a água, as duas cadeias etil ao redor dele ainda dão à molécula um caráter majoritariamente apolar. Seu Koa é positivo e relativamente alto, não tendendo a zero.

B) fluorbutano.

❌ Incorreta: a polaridade da ligação C–F é insuficiente para tornar a molécula hidrofílica, pois está diluída em uma cadeia carbônica de quatro carbonos. O comportamento se assemelha ao de um alcano comum, com alta afinidade pelo octanol.

C) benzeno.

❌ Incorreta: hidrocarboneto aromático totalmente apolar, sem qualquer grupo capaz de ligação de hidrogênio. É um dos solutos mais lipofílicos da lista, com Koa elevado — exatamente o oposto do que o enunciado pede.

D) metanol.

✅ Correta: molécula pequena e extremamente polar, cujo grupo -OH doa e aceita ligações de hidrogênio com a água, sem uma cadeia carbônica capaz de conferir caráter apolar relevante. Por isso o metanol se concentra preferencialmente na fase aquosa, mantendo Coct muito menor que Ca — e Koa tende a zero.

E) butano.

❌ Incorreta: alcano de cadeia linear totalmente apolar, sem qualquer grupo funcional capaz de interagir com a água. Apresenta altíssima afinidade pela fase octanol, sendo um dos poluentes mais lipofílicos entre os avaliados.

🏆 Gabarito: D — o metanol é a única substância cuja polaridade e capacidade de ligação de hidrogênio superam amplamente seu caráter apolar, fazendo com que se concentre na água e apresente Koa tendendo a zero.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: entre as cinco opções, apenas o metanol combina um grupo funcional fortemente polar (-OH) com uma cadeia carbônica curta demais para mascará-lo, sendo por isso a única substância verdadeiramente hidrofílica da lista.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma explorar coeficiente de partição, polaridade e a regra "semelhante dissolve semelhante" em contextos aplicados — bioacumulação de poluentes, absorção de fármacos, transporte através de membranas celulares.
• Generalização: quanto mais grupos capazes de ligação de hidrogênio (-OH, -NH) e menor a cadeia carbônica, mais hidrofílica é a substância e menor seu coeficiente de partição; quanto maior a cadeia apolar e mais ausentes forem os heteroátomos reativos, maior o coeficiente de partição (mais lipofílica).
• Dica de eliminação rápida: elimine primeiro os hidrocarbonetos puros (benzeno e butano), pois são sempre extremamente apolares. Entre as opções restantes, escolha aquela cujo grupo funcional interage mais fortemente com a água e cuja cadeia carbônica seja a menor — um álcool pequeno sempre vence um éter ou um haleto de alquila nesse critério.
• Conexões: bioacumulação de poluentes orgânicos persistentes (POPs) em tecido adiposo, farmacocinética e absorção intestinal de medicamentos, uso do log P em química medicinal para prever biodisponibilidade de fármacos.