Questão 130 — ENEM 2018 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Ligações químicas covalentes e introdução à espectroscopia no infravermelho
• ⚡ Nível: Médio — exige interpretar uma fórmula estrutural orgânica e aplicar, por analogia, um modelo físico (vibração de ligações) a um contexto pouco frequente nas provas.
• 🎯 Tema/Habilidade: Relação entre ordem de ligação (simples, dupla, tripla), energia de ligação e frequência de absorção no infravermelho — interpretar um modelo explicativo de fenômeno físico-químico a partir de texto e estrutura molecular.
• 🏆 Gabarito: E — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Entre as ligações químicas (sem contar hidrogênio) presentes na molécula, qual absorve radiação infravermelha de maior frequência?"
• Palavras-chave decisivas: ligações mais fortes, átomos mais leves, maior frequência
• Armadilha típica: confundir "ligação mais forte" com "elemento mais eletronegativo" ou escolher a ligação que parece mais reativa (como o C=N do anel) em vez de aplicar literalmente a regra de ordem de ligação fornecida no próprio texto.
• O que a resposta precisa demonstrar: reconhecer que o enunciado já entrega a regra física (quanto mais forte a ligação e mais leves os átomos, maior a frequência) e que basta aplicá-la, via ordem de ligação, às ligações desenhadas na estrutura.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Vibração molecular e infravermelho: uma ligação covalente se comporta como uma "mola" entre dois átomos; ao absorver radiação infravermelha, ela passa a vibrar (estica e comprime) com uma frequência característica.
• Analogia com a Lei de Hooke: a frequência de vibração é proporcional a √(k/μ), em que k é a constante de força da ligação e μ é a massa reduzida dos átomos envolvidos. Ligações mais rígidas (maior k) e átomos mais leves (menor μ) geram frequência maior.
• Ordem de ligação e força: entre os mesmos dois átomos, quanto maior o número de pares de elétrons compartilhados (simples < dupla < tripla), maior a energia de ligação e maior a constante de força k — logo, maior a frequência de vibração no infravermelho.
• Leitura da fórmula estrutural: identificar no desenho da 2-amino-6-cianopiridina os tipos de ligação entre átomos diferentes de hidrogênio: C―C e C=N no anel aromático de piridina, C―N exocíclico (ligação ao grupo ―NH₂) e C≡N no grupo nitrila (―C≡N).

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "quanto mais fortes forem as ligações e mais leves os átomos envolvidos, maior será a energia e, portanto, maior a frequência" → o próprio enunciado entrega o critério de decisão: basta comparar a força (ordem) das ligações presentes, já que todas envolvem os mesmos átomos leves, carbono e nitrogênio.
• Evidência 2: a estrutura mostra um anel de piridina (heterociclo aromático de seis membros, com um nitrogênio no anel) substituído em duas posições — em C-2 por um grupo amino (―NH₂) e em C-6 por um grupo ciano/nitrila (―C≡N, representado como "NC―" na figura).
• Síntese: como o enunciado já converteu o problema físico ("maior frequência") em um problema de comparação de força de ligação, a resolução se reduz a identificar, entre as ligações desenhadas, qual tem a maior ordem — ou seja, o maior número de pares de elétrons compartilhados entre os mesmos dois átomos.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Mapear todas as ligações entre átomos diferentes de hidrogênio

Observando a fórmula estrutural da 2-amino-6-cianopiridina fornecida na figura:

• Anel aromático de piridina: ligações C―C (entre carbonos do anel) e C=N (entre um carbono e o nitrogênio do anel, na representação de Kekulé usada no desenho);
• Ligação exocíclica C―N: liga o carbono do anel (posição 2) ao nitrogênio do grupo amino (―NH₂) — uma ligação simples;
• Grupo nitrila (ciano), na posição 6: ligação C≡N, tripla, entre o carbono terminal e o nitrogênio do grupo ―C≡N.

Todas as cinco alternativas (A a E) correspondem exatamente a ligações realmente presentes na estrutura — a questão não introduz nenhuma ligação fictícia, apenas pede para hierarquizá-las.

Subpasso 4.2 — Comparar a força (ordem) de cada ligação

Aplicando a regra do enunciado (mais forte = maior frequência) junto ao conceito de ordem de ligação:

• C―C (simples): 1 par de elétrons compartilhado → a mais fraca entre as ligações carbono-carbono/carbono-nitrogênio da molécula.
• C―N (simples, C―NH₂): 1 par compartilhado → força na mesma faixa de uma ligação simples comum, ainda inferior às duplas e à tripla.
• C=C (dupla, no anel): 2 pares compartilhados → mais forte que as duas simples anteriores.
• C=N (dupla, no anel): 2 pares compartilhados → mesma ordem de grandeza de força que C=C, também superada pela tripla.
• C≡N (tripla, na nitrila): 3 pares compartilhados → é a ligação mais curta, mais rígida e de maior energia entre todas as listadas.

Como, para o mesmo par de átomos, simples < dupla < tripla em energia de ligação, e os átomos envolvidos (C e N) permanecem os mesmos nas comparações relevantes, a ligação tripla C≡N tem a maior constante de força k e, portanto, a maior frequência de vibração no infravermelho.

Subpasso 4.3 — Verificação

O resultado é coerente com dados reais de espectroscopia orgânica: nitrilas (C≡N) absorvem tipicamente entre 2200 cm⁻¹ e 2260 cm⁻¹, enquanto ligações C=N/C=C de anéis aromáticos absorvem por volta de 1500 cm⁻¹ a 1680 cm⁻¹, e ligações simples C―C/C―N absorvem em frequências ainda menores (abaixo de 1300 cm⁻¹). A ordem prevista pela teoria — tripla > dupla > simples — coincide exatamente com esses valores experimentais, confirmando C≡N como a ligação de maior frequência.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) C―C

❌ Incorreta: é uma ligação simples (1 par de elétrons compartilhado) do anel aromático de piridina; tem a menor constante de força entre as opções envolvendo carbono e, portanto, a menor frequência de vibração no infravermelho.

B) C―N

❌ Incorreta: também é uma ligação simples, a que liga o anel ao grupo amino (C―NH₂). Mesmo com o nitrogênio sendo mais leve que o carbono, o fato de ser simples mantém sua constante de força abaixo das ligações duplas e da tripla.

C) C=C

❌ Incorreta: é a ligação dupla do anel aromático — mais forte que as simples, mas ainda inferior à ligação tripla, pois possui apenas 2 pares de elétrons compartilhados contra os 3 da C≡N.

D) C=N

❌ Incorreta: é a ligação dupla do anel de piridina (na representação de Kekulé); tem força na mesma ordem de grandeza da C=C e, assim como ela, é superada pela ligação tripla do grupo nitrila.

E) C≡N

✅ Correta: é a ligação tripla do grupo ciano (nitrila), com 3 pares de elétrons compartilhados — a maior ordem de ligação entre todas as opções. Isso implica a maior constante de força (k) e, como os átomos C e N já são relativamente leves, resulta na maior frequência de vibração no infravermelho entre todas as ligações não-hidrogênio da molécula.

🏆 Gabarito: E — a ligação C≡N do grupo nitrila é a de maior ordem (tripla) entre todas as ligações não-hidrogênio da molécula, portanto a mais forte e a de maior frequência de absorção no infravermelho, exatamente conforme a regra apresentada no próprio enunciado.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: entre C―C, C―N, C=C, C=N e C≡N, apenas a ligação C≡N tem ordem 3 (tripla); como ordem de ligação mais alta implica maior constante de força e, pela relação f ∝ √(k/μ), maior frequência de vibração, C≡N é necessariamente a resposta correta.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma usar espectroscopia (infravermelho, UV-Vis, RMN) como pretexto para testar a leitura de estruturas químicas associada a um princípio físico já explicado no próprio texto — raramente exige decorar valores tabelados, mas sempre exige aplicar corretamente a lógica fornecida.
• Generalização: para qualquer ligação química, "mais pares de elétrons compartilhados entre o mesmo par de átomos" (simples → dupla → tripla) sempre significa maior energia/força de ligação e, em espectroscopia vibracional, maior frequência de absorção.
• Dica de eliminação rápida: primeiro separe as ligações por tipo (simples, dupla, tripla) observando os traços do desenho estrutural; as ligações simples (A e B) são descartadas de imediato por serem as mais fracas, restando decidir apenas entre as duplas (C, D) e a tripla (E) — a tripla vence sempre.
• Conexões: força e comprimento de ligação; energia de dissociação; espectroscopia de infravermelho na identificação de grupos funcionais orgânicos (nitrilas, carbonilas, aminas).