Questão 97 — ENEM 2020 Digital

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Métodos de separação de misturas / Propriedades magnéticas dos materiais
• ⚡ Nível: Fácil — não exige cálculo, apenas reconhecer que o aço é ferromagnético enquanto os demais materiais da pilha não são
• 🎯 Tema/Habilidade: Métodos de separação de misturas aplicados a processos industriais de reciclagem, com foco na relação entre composição/propriedade física do material e a técnica de separação adequada
• 🏆 Gabarito: B — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Depois de a pilha ser triturada, qual processo consegue isolar os fragmentos de aço de todos os outros materiais misturados (zinco, grafita, MnO₂, sais do eletrólito)?"
• Palavras-chave decisivas: aço (liga de ferro-carbono), moída (trituração), separação
• Armadilha típica: marcar "catação manual" por parecer a solução mais óbvia e barata, ignorando que, depois da moagem, os fragmentos ficam pequenos, misturados e visualmente parecidos — tornando a triagem manual lenta, cara e inviável em escala industrial.
• O que a resposta precisa demonstrar: identificar qual propriedade física é exclusiva (ou muito mais intensa) no aço em comparação com os demais componentes da mistura triturada, e associá-la a um processo físico de separação escalável.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Ferromagnetismo: propriedade de metais como ferro, cobalto, níquel e suas ligas de serem fortemente atraídos por um campo magnético e de se manterem magnetizados por um tempo após a exposição a ele. O aço, por ser uma liga de ferro-carbono, herda essa propriedade do ferro.
• Métodos físicos de separação de misturas heterogêneas sólidas: catação (diferença visual, manual), peneiração (diferença de tamanho de partícula), separação magnética (diferença de comportamento em campo magnético), fracionamento por densidade/sink-float (diferença de densidade), dissolução seletiva ou lixiviação (diferença de solubilidade).
• Reciclagem industrial de pilhas zinco-carbono: segue uma sequência lógica de etapas, cada uma explorando uma propriedade física diferente dos materiais: primeiro a moagem reduz tudo a fragmentos pequenos e misturados; em seguida, aplica-se a separação magnética para retirar o aço (o único componente fortemente magnético); só depois entram processos como peneiramento, lixiviação e pirometalurgia para separar zinco, grafita e compostos de manganês entre si.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "invólucro externo de aço (liga de ferro-carbono)" → o enunciado deixa explícito que o material a ser separado é uma liga de ferro, ou seja, um material ferromagnético — diferente de zinco (não ferromagnético), grafita (não magnética) e dos sais/óxidos do eletrólito (MnO₂, NH₄Cl, KOH), também não magnéticos.
• Evidência 2: "os processos de reciclagem... têm como ponto de partida a moagem (trituração). Na sequência, uma das etapas é a separação do aço..." → mostra que a separação ocorre depois de tudo já estar fragmentado e misturado em pequenos pedaços, o que descarta de imediato qualquer processo baseado em reconhecimento visual de peças inteiras.
• Síntese: como o aço é o único componente da mistura triturada com forte resposta a campos magnéticos, a etapa de separação mais eficiente, rápida e industrialmente viável é justamente aquela que explora essa propriedade exclusiva — a separação magnética.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Mapear todos os materiais presentes após a moagem

Depois de moída, a pilha se transforma em uma mistura heterogênea de fragmentos pequenos contendo: aço (Fe-C, do invólucro), zinco metálico (do ânodo), grafita/carbono (do cátodo e da pasta eletrolítica), MnO₂ (óxido de manganês) e sais como NH₄Cl ou KOH (do eletrólito). Todos esses fragmentos estão misturados entre si e com tamanhos semelhantes, o que impede qualquer separação visual eficiente.

Subpasso 4.2 — Comparar as propriedades físicas de cada material

• Densidade: aço (~7,8 g/cm³) e zinco (~7,1 g/cm³) são muito próximos, o que inviabiliza um fracionamento por densidade limpo entre esses dois metais; grafita (~2,2 g/cm³) e MnO₂ (~5,0 g/cm³) têm densidades bem diferentes entre si, tornando esse critério pouco confiável para isolar especificamente o aço.
• Solubilidade em água: apenas o NH₄Cl é solúvel; aço, zinco, grafita e MnO₂ permanecem sólidos e misturados mesmo após a dissolução do eletrólito.
• Comportamento magnético: apenas o aço é fortemente atraído por um campo magnético, já que é uma liga de ferro. Nenhum dos demais materiais (Zn, C, MnO₂, NH₄Cl, KOH) apresenta ferromagnetismo relevante.

Conclusão parcial: a única propriedade que isola o aço de forma exclusiva e nítida é o magnetismo.

Subpasso 4.3 — Verificação

Ao passar a massa triturada por um eletroímã, o campo magnético atrai e retém seletivamente os fragmentos de aço, enquanto o restante da mistura (zinco, grafita, MnO₂, sais) — não magnético — segue seu caminho sem ser retido. Esse é exatamente o princípio da separação magnética industrial, amplamente usada em usinas de reciclagem de sucata, resíduos eletrônicos e, no caso desta questão, pilhas: confere com a alternativa que descreve o uso de um eletroímã.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Catação manual

❌ Incorreta: a catação depende de reconhecer visualmente peças distintas para retirá-las à mão, o que só funciona antes da moagem ou com fragmentos grandes. Após a trituração, os pedaços de aço ficam pequenos, numerosos e misturados a outros materiais semelhantes em tamanho, tornando a separação manual lenta, cara e inviável em escala industrial.

B) Ação de um eletroímã

✅ Correta: o aço é uma liga de ferro-carbono e, portanto, ferromagnético — é fortemente atraído por campos magnéticos, ao contrário do zinco, da grafita e dos compostos do eletrólito. Passar a mistura triturada por um eletroímã permite reter seletivamente os fragmentos de aço, separando-os de forma rápida, contínua e eficiente de todo o restante — exatamente o processo padrão usado na reciclagem industrial desse tipo de resíduo.

C) Calcinação em um forno

❌ Incorreta: a calcinação é um tratamento térmico usado para decompor compostos, remover material orgânico ou volatilizar metais (como zinco) em etapas posteriores do processo de reciclagem; ela não separa fisicamente o aço sólido do restante da mistura triturada, podendo inclusive oxidar/alterar outros componentes metálicos sem isolar o aço como fração distinta.

D) Fracionamento por densidade

❌ Incorreta: aço (~7,8 g/cm³) e zinco (~7,1 g/cm³) têm densidades muito próximas, o que torna a separação por densidade (como sink-float) pouco seletiva entre esses dois metais — o aço acabaria se misturando à fração do zinco em vez de ser isolado com pureza.

E) Dissolução do eletrólito em água

❌ Incorreta: a água dissolve apenas os sais solúveis do eletrólito (como o NH₄Cl); aço, zinco, grafita e MnO₂ continuam sólidos e misturados entre si após esse processo, de modo que ele não separa o aço dos demais componentes — apenas remove a fração solúvel do eletrólito.

🏆 Gabarito: B — o aço, por ser uma liga ferromagnética, é o único componente da mistura triturada fortemente atraído por um campo magnético, permitindo sua separação seletiva e eficiente por meio de um eletroímã.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: entre catação, eletroímã, calcinação, densidade e dissolução, apenas a separação magnética explora uma propriedade exclusiva do aço (o ferromagnetismo), sendo a única tecnicamente adequada para isolá-lo de materiais como zinco, grafita e compostos de manganês após a moagem.
• Padrão de cobrança: o ENEM recorrentemente cobra métodos de separação de misturas em contextos aplicados — reciclagem, tratamento de água, mineração — exigindo que o estudante associe a composição da mistura à propriedade física relevante (tamanho, densidade, solubilidade, magnetismo, ponto de ebulição) antes de escolher o método.
• Generalização: sempre que a questão envolver "separar metal ferroso (ferro/aço) de uma mistura", a resposta quase sempre passa pela separação magnética; para os demais casos, associe: sólido-sólido com granulometria diferente → peneiração; sólido-líquido → filtração; densidades bem distintas → decantação/densidade; solúvel vs. insolúvel → dissolução seguida de filtração.
• Dica de eliminação rápida: ao ler "liga de ferro" ou "aço" no enunciado, já é possível eliminar catação e dissolução (não usam propriedade magnética) e desconfiar de calcinação e densidade, que não isolam bem metais ferrosos de outros metais/óxidos — restando o eletroímã como resposta natural.
• Conexões: o tema se conecta a "reciclagem e sustentabilidade química" e a "propriedades periódicas dos metais de transição", ambos recorrentes em questões de Química aplicada do ENEM.