Questão 121 — ENEM 2020 Digital

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Estados físicos da matéria, curvas de aquecimento e critérios de pureza de substâncias
• ⚡ Nível: Médio — exige comparar cinco gráficos muito parecidos e aplicar com precisão o conceito de patamar de mudança de fase em substância pura.
• 🎯 Tema/Habilidade: Curva de aquecimento de substância pura (fusão e ebulição a temperatura constante) — interpretação gráfica de fenômenos físico-químicos aplicada a um contexto industrial.
• 🏆 Gabarito: D — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual gráfico T × t mostra o comportamento esperado de uma amostra PURA de SiO₂ ao ser aquecida até fundir completamente e depois entrar em ebulição completamente?"
• Palavras-chave decisivas: pura, completa fusão e ebulição, T fusão = 1 600 °C / T ebulição = 2 230 °C
• Armadilha típica: confundir "o gráfico toca aquela temperatura" com "o gráfico fica constante naquela temperatura". Vários gráficos apresentam apenas uma mudança de inclinação (um "cotovelo") exatamente em 1 600 °C ou 2 230 °C, sem formar um trecho realmente horizontal — isso NÃO caracteriza substância pura, mesmo passando pela temperatura certa.
• O que a resposta precisa demonstrar: identificar o único gráfico em que a temperatura permanece rigorosamente constante (reta horizontal, com duração no tempo) tanto em 1 600 °C durante toda a fusão quanto em 2 230 °C durante toda a ebulição.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Curva de aquecimento: gráfico T × t que registra a temperatura de uma amostra recebendo calor a taxa constante. Nele alternam-se trechos inclinados (aquecimento de uma única fase) com trechos que podem ficar horizontais (mudança de fase).
• Substância pura: possui ponto de fusão e ponto de ebulição fixos e bem definidos. Enquanto duas fases coexistem (sólido+líquido ou líquido+vapor), todo o calor fornecido vira calor latente — é usado para romper interações intermoleculares, não para aumentar a agitação térmica — e a temperatura permanece constante até a transição terminar por completo.
• Mistura (substância impura): como a composição das fases presentes muda continuamente ao longo da fusão/ebulição, a temperatura de transição varia dentro de um intervalo. No gráfico isso aparece como um trecho inclinado (às vezes mais suave, mas nunca plano) em vez de um patamar horizontal — é o sinal gráfico de impureza.
• Aplicação ao SiO₂: para o analista concluir que a amostra é pura, o gráfico obtido precisa mostrar dois patamares horizontais bem definidos, exatamente nas alturas fornecidas pelo enunciado: 1 600 °C (fusão) e 2 230 °C (ebulição).

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "submeteu esse óxido ao aquecimento até sua completa fusão e ebulição" → o processo envolve necessariamente DUAS transições de fase (sólido→líquido e líquido→vapor); o gráfico correto precisa registrar os dois eventos, não apenas um.
• Evidência 2: "T fusão = 1 600 °C; T ebulição = 2 230 °C" → esses valores são a régua de aferição: qualquer patamar fora dessas alturas, ou qualquer transição sem patamar nelas, invalida a alternativa.
• Evidência 3: "o analista concluiu que a amostra encontrava-se pura" → transforma a pergunta em uma checagem gráfica objetiva: qual curva é logicamente compatível com essa conclusão? Só a que exibir os dois patamares plenos.
• Síntese: o caminho de resolução é sobrepor mentalmente as linhas pontilhadas de 1 600 °C e 2 230 °C a cada gráfico e verificar em qual delas a curva realmente "gruda" na horizontal por um intervalo de tempo nas duas alturas — e não apenas cruza o ponto formando um bico.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Traçar o comportamento esperado de uma amostra pura

Uma amostra sólida pura de SiO₂, recebendo calor a taxa constante, aquece normalmente (reta inclinada crescente) até atingir 1 600 °C. A partir daí, enquanto sólido e líquido coexistem, toda a energia fornecida é consumida para desfazer a rede cristalina do óxido — a temperatura NÃO sobe, formando um patamar horizontal em T = 1 600 °C. Terminada a fusão, o líquido volta a aquecer (nova reta inclinada) até atingir 2 230 °C, onde se repete o fenômeno na transição líquido→vapor: um segundo patamar horizontal, agora em T = 2 230 °C. Depois de todo o líquido virar vapor, a temperatura do vapor superaquecido volta a subir. O padrão-ouro é, portanto: reta ↗ → patamar em 1 600 → reta ↗ → patamar em 2 230 → reta ↗.

Subpasso 4.2 — Confrontar cada gráfico com esse padrão

Comparando as cinco curvas nas alturas 1 600 °C e 2 230 °C, usando as linhas pontilhadas como referência visual:

• Gráfico A: em 1 600 °C e em 2 230 °C a reta apenas MUDA de inclinação (forma dois "cotovelos"), sem nenhum trecho horizontal — nenhuma das duas transições vira patamar.
• Gráfico B: a curva já COMEÇA em T = 1 600 °C, sem mostrar o aquecimento prévio do sólido nem a fusão como evento gráfico; só existe um patamar horizontal, em 2 230 °C.
• Gráfico C: em 1 600 °C há apenas mudança de inclinação (sem patamar); em 2 230 °C existe, sim, um patamar horizontal nítido — mas falta o patamar da fusão.
• Gráfico D: em 1 600 °C existe um trecho perfeitamente horizontal (T constante por um intervalo de tempo) e, mais adiante, em 2 230 °C, existe outro trecho perfeitamente horizontal — os dois patamares coincidem exatamente com T fusão e T ebulição fornecidos.
• Gráfico E: em 1 600 °C há um patamar horizontal correto; porém em 2 230 °C a curva apenas toca a linha pontilhada e muda de inclinação, sem formar trecho plano — falta o patamar da ebulição.

Subpasso 4.3 — Verificação

Apenas o gráfico D exibe, ao mesmo tempo, os dois patamares horizontais exigidos pela definição termodinâmica de substância pura: um em 1 600 °C (fusão) e outro em 2 230 °C (ebulição), cada um precedido e seguido por trechos inclinados de aquecimento de uma única fase. É exatamente esse traçado que levaria o analista a concluir, corretamente, que a amostra de SiO₂ estava pura. Confirmado: gabarito D.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Gráfico sem nenhum patamar horizontal — apenas mudanças de inclinação em 1 600 °C e em 2 230 °C

❌ Incorreta: essa curva descreveria uma mistura em AMBAS as transições — nem a fusão nem a ebulição ocorrem a temperatura constante, o que indicaria impureza significativa, contrariando a conclusão do analista.

B) Gráfico que já começa em T = 1 600 °C e apresenta patamar somente em 2 230 °C

❌ Incorreta: a curva ignora a etapa de aquecimento e fusão do sólido — a amostra "nasce" líquida no gráfico, a 1 600 °C —, de modo que não há como avaliar se a fusão ocorreu a temperatura constante; faltando essa informação, o gráfico não permite concluir pureza.

C) Gráfico com mudança de inclinação (sem patamar) em 1 600 °C e patamar horizontal em 2 230 °C

❌ Incorreta: a ebulição até se comporta como esperado para uma substância pura, mas a fusão apresenta variação contínua de temperatura — típica de mistura, em que a faixa de fusão se estende por um intervalo em vez de ocorrer em um único valor fixo.

D) Gráfico com patamar horizontal em 1 600 °C e patamar horizontal em 2 230 °C

✅ Correta: as duas mudanças de fase (fusão e ebulição) ocorrem a temperatura rigorosamente constante, exatamente nos valores tabelados para o SiO₂ puro. É o único traçado compatível com um material sem impurezas significativas, validando a conclusão do analista.

E) Gráfico com patamar horizontal em 1 600 °C, mas apenas mudança de inclinação em 2 230 °C

❌ Incorreta: a fusão se comporta como a de uma substância pura, mas a ebulição ocorre com temperatura variável (sem patamar), sinal característico de mistura na fase líquido-vapor — a amostra não poderia ser considerada pura com esse comportamento.

🏆 Gabarito: D — é o único gráfico que apresenta dois patamares (trechos horizontais) exatamente em 1 600 °C e 2 230 °C, comprovando temperatura constante durante toda a fusão e toda a ebulição, condição necessária e suficiente para caracterizar a amostra de SiO₂ como substância pura.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: só o gráfico D reproduz o comportamento termodinâmico esperado de uma substância pura nas duas transições de fase citadas no enunciado (fusão a 1 600 °C e ebulição a 2 230 °C); qualquer inclinação nesses pontos denuncia mistura.
• Padrão de cobrança: o ENEM usa recorrentemente curvas de aquecimento/resfriamento para testar se o estudante distingue substância pura (patamar horizontal constante) de mistura (temperatura variável durante a mudança de fase), frequentemente em contextos industriais ou cotidianos (vidro, metais, ligas, água do mar).
• Generalização: em qualquer questão desse tipo, substância pura = patamar (reta horizontal) exatamente na temperatura de fusão/ebulição fornecida; se a curva "escorregar" — mudar de inclinação sem ficar plana — nesse ponto, é mistura.
• Dica de eliminação rápida: trace mentalmente uma linha horizontal nas alturas dadas (1 600 °C e 2 230 °C) e verifique em quantos gráficos a curva realmente "cola" nessa linha por um trecho, e não apenas a toca em um ponto — isso elimina A, B, C e E em poucos segundos.
• Conexões: o mesmo raciocínio aparece em questões sobre destilação simples (separação de misturas) e em curvas de resfriamento usadas para determinar o ponto de congelamento de solventes com soluto dissolvido (crioscopia/ebulioscopia).