Questão 112 — ENEM 2019Caderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Forças intermoleculares e propriedades físicas dos hidrocarbonetos
• ⚡ Nível: Médio — exige relacionar o tamanho da cadeia carbônica a um conceito abstrato (intensidade das interações intermoleculares), e não apenas ler dados da tabela
• 🎯 Tema/Habilidade: Petróleo, destilação fracionada e forças intermoleculares (van der Waals/dispersão de London) — competência de interpretar processos de separação de misturas com base em propriedades físico-químicas
• 🏆 Gabarito: D — revelado após a resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Por que os compostos da fração 4 (óleo diesel) só se separam em temperaturas mais altas durante a destilação do petróleo?"
• Palavras-chave decisivas: fração 4, temperaturas mais elevadas, separação dos compostos
• Armadilha típica: confundir o motivo do ponto de ebulição alto com a dificuldade de "quebrar" a molécula (romper ligações covalentes C–C), quando na verdade destilação é um processo físico que rompe apenas interações entre moléculas, não ligações químicas internas
• O que a resposta precisa demonstrar: entendimento de que a temperatura de ebulição de um hidrocarboneto está diretamente ligada à intensidade das forças intermoleculares que atuam entre suas moléculas, e que essas forças crescem com o tamanho da cadeia carbônica

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Destilação fracionada: técnica de separação de misturas homogêneas líquidas baseada nas diferentes temperaturas de ebulição dos componentes; quanto maior o ponto de ebulição de uma substância, mais "tarde" (em temperatura mais alta) ela é coletada na coluna de fracionamento.
• Forças de van der Waals (dispersão de London): são as únicas interações intermoleculares presentes em hidrocarbonetos, que são moléculas apolares. Surgem de dipolos instantâneos induzidos pela movimentação dos elétrons.
• Relação cadeia carbônica × intensidade das forças: quanto maior o número de átomos de carbono (maior massa molar e maior área superficial de contato entre moléculas vizinhas), maior é a superfície de contato disponível para as forças de dispersão de London atuarem, tornando essas interações mais intensas e, consequentemente, elevando o ponto de ebulição.
• Ligação covalente ≠ interação intermolecular: a energia necessária para romper uma ligação C–C ou C–H (ligação intramolecular, covalente) é da ordem de centenas de kJ/mol, muito maior do que a energia envolvida na ebulição (que rompe apenas interações intermoleculares, de poucos kJ/mol). Isso significa que ferver um hidrocarboneto jamais quebra sua cadeia carbônica.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "normalmente são separados por destilação fracionada, com base em suas temperaturas de ebulição" → confirma que o critério de separação é físico (ebulição), não químico (ruptura de ligações).
• Evidência 2: o quadro mostra que a fração 4 (óleo diesel) tem faixa de temperatura de 260 °C a 350 °C e cadeias de C14 a C18, enquanto a fração 1 (gás natural/GLP) ferve até 20 °C com cadeias de apenas C1 a C4 → evidencia uma correlação direta: quanto maior a cadeia carbônica, maior a temperatura de ebulição.
• Síntese: como todas as frações contêm hidrocarbonetos (moléculas apolares, sem ligações de hidrogênio nem dipolo permanente), a única variável que explica o aumento progressivo da temperatura de ebulição da fração 1 para a fração 4 é o crescimento da cadeia carbônica, que intensifica as forças de dispersão de London entre as moléculas.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Organizando os dados do quadro

A tabela fornecida traz quatro frações do petróleo, cada uma com sua faixa de temperatura e o número de carbonos (fórmula geral CₙH₂ₙ₊₂, típica de alcanos):

• Fração 1: até 20 °C → C1 a C4 (gás natural, GLP)
• Fração 2: 30 a 180 °C → C6 a C12 (gasolina)
• Fração 3: 170 a 290 °C → C11 a C16 (querosene)
• Fração 4: 260 a 350 °C → C14 a C18 (óleo diesel)

Observando a sequência, há uma tendência clara: conforme o número de carbonos da cadeia aumenta, a faixa de temperatura de ebulição também aumenta. A fração 4 é a que tem as maiores cadeias (até C18) e, coerentemente, a maior faixa de temperatura.

Subpasso 4.2 — Explicando a causa física do fenômeno

Hidrocarbonetos são moléculas apolares, então as únicas forças que mantêm suas moléculas "grudadas" umas nas outras no estado líquido são as forças de dispersão de London (um tipo de força de van der Waals). Essas forças surgem de flutuações momentâneas na distribuição eletrônica, que induzem dipolos instantâneos em moléculas vizinhas.

A intensidade dessas forças depende diretamente da área de contato entre as moléculas e da polarizabilidade da nuvem eletrônica, que crescem com o tamanho da cadeia carbônica (mais átomos de carbono → mais elétrons → maior superfície de contato). Por isso, cadeias maiores (como as C14–C18 da fração 4) apresentam forças intermoleculares mais intensas do que cadeias pequenas (como C1–C4 da fração 1).

Para vencer essas forças e fazer a molécula passar do estado líquido para o vapor (ebulição), é preciso fornecer mais energia térmica — ou seja, é necessária uma temperatura mais alta. É exatamente isso que o quadro mostra: a fração 4 só evapora (e é separada) em temperaturas de 260 °C a 350 °C, muito mais altas do que as demais frações.

Subpasso 4.3 — Verificação

Confirmando com a lógica das alternativas: a única explicação compatível com a física do processo (mudança de estado físico governada por interações intermoleculares) é a intensidade das forças intermoleculares, que cresce com o tamanho da cadeia. Isso corresponde exatamente à alternativa D, validando o raciocínio construído nos subpassos anteriores.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) suas densidades são maiores.

❌ Incorreta: a densidade é uma propriedade relacionada à razão massa/volume da substância, mas não é o critério empregado na destilação fracionada. O processo de separação por destilação depende da temperatura de ebulição, não da densidade — duas substâncias podem ter densidades parecidas e pontos de ebulição muito diferentes (ou vice-versa). A densidade não explica por que é preciso aquecer mais para vaporizar a fração 4.

B) o número de ramificações é maior.

❌ Incorreta: o quadro não fornece nenhuma informação sobre ramificações das cadeias, apenas sobre o número de átomos de carbono. Além disso, cadeias ramificadas tendem a ter menor ponto de ebulição do que suas isômeras lineares (pois reduzem a área de contato entre moléculas, diminuindo as forças de dispersão de London), então esse argumento vai na direção contrária do que se observa na fração 4.

C) sua solubilidade no petróleo é maior.

❌ Incorreta: os hidrocarbonetos da fração 4 já estão dissolvidos/misturados no petróleo bruto junto com todos os outros — a "solubilidade no petróleo" não é um critério de separação por destilação, e sim um pressuposto (todos os componentes formam uma mistura homogênea líquida antes de serem separados pela ebulição). Esse conceito não explica a diferença de temperatura de separação entre as frações.

D) as forças intermoleculares são mais intensas.

✅ Correta: como demonstrado no Passo 4, cadeias carbônicas maiores (C14 a C18, típicas do óleo diesel) possuem maior área de contato e maior polarizabilidade eletrônica, o que intensifica as forças de dispersão de London entre as moléculas. Isso exige mais energia térmica para romper essas interações e permitir a passagem para o estado gasoso, justificando a temperatura de ebulição mais alta da fração 4.

E) a cadeia carbônica é mais difícil de ser quebrada.

❌ Incorreta: destilação é uma separação física, não uma reação química — em nenhum momento as ligações covalentes C–C ou C–H da cadeia carbônica são rompidas. "Quebrar" a cadeia (craqueamento) exigiria energias muito superiores e é um processo químico distinto, usado industrialmente para converter frações pesadas em mais leves, mas não é o que ocorre na destilação fracionada simples descrita no enunciado.

🏆 Gabarito: D — a fração 4 só se separa em temperaturas mais altas porque suas moléculas, com cadeias carbônicas maiores (C14 a C18), apresentam forças intermoleculares de dispersão de London mais intensas, exigindo mais energia térmica para a mudança de estado líquido-vapor.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: a alternativa D é a única que aponta corretamente a causa física do fenômeno — a intensidade das interações entre moléculas —, coerente com o fato de que destilação é separação física baseada em ponto de ebulição, não em ruptura de ligações químicas.
• Padrão de cobrança: o ENEM recorrentemente cobra petróleo e destilação fracionada relacionando o tamanho da cadeia carbônica às propriedades físicas dos hidrocarbonetos (ponto de ebulição, estado físico, viscosidade), sempre testando se o aluno entende a diferença entre interações intermoleculares e ligações covalentes.
• Generalização: em compostos apolares da mesma família (como os alcanos do petróleo), quanto maior a cadeia carbônica, maiores são a massa molar e a área de contato entre moléculas, e portanto mais intensas são as forças de van der Waals — o que se traduz em maior ponto de fusão e ebulição.
• Dica de eliminação rápida: sempre que a questão envolver mudança de estado físico (ebulição, fusão, evaporação), elimine de cara qualquer alternativa que fale em "quebrar" ligações covalentes ou cadeia carbônica — mudança de estado é fenômeno físico e envolve apenas forças intermoleculares, nunca ligações químicas internas.
• Conexões: este raciocínio se conecta diretamente a questões sobre polaridade e solubilidade ("semelhante dissolve semelhante") e sobre pontos de fusão/ebulição de séries homólogas de compostos orgânicos (álcoois, ácidos carboxílicos etc.), temas frequentes em química orgânica no ENEM.