Questão 108 — ENEM 2019 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Ligações químicas e forças intermoleculares (ligação de hidrogênio)
• ⚡ Nível: Médio — exige transportar o conceito de ligação de hidrogênio para um contexto biológico/nanotecnológico pouco familiar, resistindo à tentação de confundi-la com ligação iônica ou interação hidrofóbica.
• 🎯 Tema/Habilidade: Reconhecer o grupo funcional hidroxila (-OH) como sítio de ligação de hidrogênio e relacionar essa interação com a desorganização estrutural de biomoléculas (parede celular bacteriana).
• 🏆 Gabarito: A — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual é o tipo de ligação química responsável pela atração entre os grupos hidroxila da superfície da nanopartícula de sílica e o lipopolissacarídeo (LPS) da parede da bactéria?"
• Palavras-chave decisivas: grupos hidroxil, lipopolissacarídeos, desestabilizaria
• Armadilha típica: associar a interação a uma ligação "forte e definitiva", como a iônica (por pensar em cargas) ou a metálica, ou então confundi-la com uma interação hidrofóbica só porque o sistema envolve uma membrana lipídica — esquecendo que o próprio enunciado já entrega o grupo funcional responsável (a hidroxila).
• O que a resposta precisa demonstrar: identificar que o grupo -OH é um doador/aceptor clássico de ligação de hidrogênio e que o LPS, por ser rico em oxigênios de açúcares e fosfatos, é um parceiro ideal para esse tipo de interação.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Grupo hidroxila (-OH): grupo funcional em que o oxigênio, muito eletronegativo, puxa a densidade eletrônica da ligação O–H, deixando o hidrogênio com carga parcial positiva (δ+) e o oxigênio com carga parcial negativa (δ-) e pares de elétrons livres.
• Ligação (ponte) de hidrogênio: interação intermolecular que surge quando um átomo de H ligado a um átomo pequeno e muito eletronegativo (O, N ou F) se aproxima do par de elétrons não ligantes de outro átomo eletronegativo (O, N ou F) de uma molécula vizinha. É a mais intensa das interações intermoleculares, embora bem mais fraca que uma ligação covalente, iônica ou metálica.
• Lipopolissacarídeo (LPS): macromolécula da membrana externa de bactérias Gram-negativas, formada por uma porção lipídica interna (lipídio A, apolar, ancorada na bicamada) e uma extensa cadeia polissacarídica externa (núcleo + antígeno O), rica em hidroxilas de açúcares e grupos fosfato.
• Interação hidrofóbica: ocorre entre regiões apolares, como as caudas de ácidos graxos dos fosfolipídeos; não se aplica a grupos -OH, que são polares e hidrofílicos por definição.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "a interação entre os grupos hidroxil da superfície das nanopartículas" → aponta diretamente para grupos silanol (Si–OH), típicos da superfície de nanopartículas de sílica hidratada, extremamente polares.
• Evidência 2: "os lipopolissacarídeos da parede celular da bactéria" → o LPS expõe, em sua porção externa, uma cadeia de açúcares repleta de oxigênios com pares de elétrons livres (hidroxilas, éteres e fosfatos) — parceiros perfeitos para receber pontes de hidrogênio.
• Evidência 3 (figura): o esquema mostra a nanopartícula esférica encostando exatamente nas cadeias de lipopolissacarídeo que se projetam para fora da membrana, acima da camada de fosfolipídeos e do peptideoglicano — confirmando que o contato relevante é nanopartícula-LPS, e não nanopartícula-fosfolipídio.
• Síntese: dois grupos ricos em oxigênio e hidrogênio polarizado (hidroxila da sílica e açúcares/fosfatos do LPS) se aproximando é a assinatura clássica de uma rede de ligações de hidrogênio, e não de qualquer outro tipo de ligação.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Caracterizar quimicamente a superfície da nanopartícula

Nanopartículas de sílica (SiO₂) hidratada apresentam em sua superfície grupos silanol (Si–OH). Como o oxigênio é muito mais eletronegativo que o hidrogênio, a ligação O–H é fortemente polarizada: o H fica com δ+ e o O com δ- e pares de elétrons não compartilhados disponíveis.

Subpasso 4.2 — Caracterizar quimicamente o alvo (LPS)

O LPS tem uma porção externa polissacarídica (núcleo oligossacarídico + antígeno O) coberta de hidroxilas de açúcar e, adicionalmente, grupos fosfato. Todos esses grupos possuem oxigênios eletronegativos com pares de elétrons livres, prontos para "receber" um hidrogênio parcialmente positivo vindo de outra molécula.

Subpasso 4.3 — Montar a interação e prever o efeito biológico

Quando o H (δ+) do grupo Si–OH da nanopartícula se aproxima de um oxigênio (δ-) de uma hidroxila, éter ou fosfato do LPS, forma-se uma ligação de hidrogênio. Como a superfície da nanopartícula tem inúmeros grupos silanol e o LPS tem inúmeros sítios aceptores, formam-se dezenas de pontes de hidrogênio simultâneas — uma verdadeira rede de interações. É justamente essa multiplicidade que os autores do estudo sugerem ser capaz de desestabilizar a organização da membrana externa, comprometendo a integridade da parede bacteriana mesmo sem a presença do antibiótico.

Subpasso 4.4 — Verificação

Confrontando com as alternativas: apenas a "ligação de hidrogênio" é coerente com dois grupos que compartilham a característica O–H/O eletronegativo interagindo por atração dipolar direcional — exatamente o que o enunciado descreve ao citar "grupos hidroxil" reagindo com "lipopolissacarídeos". Nenhuma das demais opções (hidrofóbica, dissulfeto, metálica, iônica) é compatível com a natureza química dos grupos envolvidos, como será detalhado no Passo 5.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) de hidrogênio.

✅ Correta: os grupos hidroxila (Si–OH) da superfície da nanopartícula, altamente polarizados, formam pontes de hidrogênio com os oxigênios eletronegativos (hidroxilas, éteres e fosfatos) da cadeia polissacarídica do LPS. Essa rede de interações é forte o suficiente para desorganizar a arquitetura da parede celular bacteriana, conforme descrito no texto.

B) hidrofóbica.

❌ Incorreta: interações hidrofóbicas ocorrem entre regiões apolares, como as caudas de ácidos graxos dos fosfolipídeos da própria membrana — não entre grupos hidroxila, que são polares e hidrofílicos por definição. Se a interação fosse hidrofóbica, o texto teria citado a porção lipídica (lipídio A), não os grupos -OH.

C) dissulfeto.

❌ Incorreta: a ligação dissulfeto é uma ligação covalente forte entre dois átomos de enxofre (S–S), típica de resíduos de cisteína em proteínas. Nem a sílica (SiO₂) nem os açúcares do LPS possuem enxofre nesse contexto, tornando essa ligação quimicamente impossível aqui.

D) metálica.

❌ Incorreta: a ligação metálica ocorre entre átomos de metais, unidos por um "mar" de elétrons deslocalizados entre cátions metálicos organizados em retículo. A sílica é um óxido covalente não metálico e o LPS é uma biomolécula orgânica — nenhum dos dois participantes tem caráter metálico.

E) iônica.

❌ Incorreta: a ligação iônica exige transferência completa de elétrons entre um metal (formando cátion) e um ametal (formando ânion), unidos por forte atração eletrostática em retículo cristalino. Tanto o grupo hidroxila quanto os grupos do LPS compartilham elétrons em ligações covalentes polares — não há cátions e ânions livres envolvidos nessa interação de superfície.

🏆 Gabarito: A — a interação entre os grupos hidroxila (-OH) da nanopartícula e os oxigênios eletronegativos do lipopolissacarídeo ocorre por ligação de hidrogênio, a interação intermolecular esperada entre grupos ricos em O–H/O polarizados.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: a letra A é a única compatível com a natureza química dos grupos citados no enunciado — hidroxila é sinônimo de sítio de ligação de hidrogênio, e o LPS oferece abundantes oxigênios aceptores.
• Padrão de cobrança: o ENEM adora contextualizar forças intermoleculares (ligação de hidrogênio, dipolo-dipolo, dispersão de London) em situações aplicadas — biomoléculas, cosméticos, medicamentos, materiais e, como aqui, nanotecnologia — testando se o aluno reconhece o grupo funcional por trás da interação.
• Generalização: sempre que o texto mencionar grupos -OH, -NH (amina/amida) ou -COOH interagindo com outra molécula rica em oxigênio ou nitrogênio, pense primeiro em ligação de hidrogênio antes de cogitar ligações "fortes" que exigem características estruturais específicas, como transferência de elétrons (iônica) ou retículo de cátions metálicos (metálica).
• Dica de eliminação rápida: descarte de imediato metálica e dissulfeto — não há metal nem enxofre em nenhum dos participantes da interação descrita. Entre as três restantes, lembre que "hidroxila" é sempre polar (elimina hidrofóbica) e que não há formação de íons por transferência total de elétrons entre grupos covalentes (elimina iônica), sobrando a ligação de hidrogênio.
• Conexões: o mesmo raciocínio explica as pontes de hidrogênio no pareamento de bases do DNA, na estrutura secundária de proteínas (hélice alfa e folha beta) e na alta temperatura de ebulição da água — todos exemplos clássicos de grupos -OH/-NH interagindo com oxigênios ou nitrogênios vizinhos.