Questão 128 — ENEM 2021 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Ligações Químicas e Solubilidade (energia de rede e energia de hidratação)
• ⚡ Nível: Difícil — exige compreensão conceitual do balanço energético entre energia de rede e energia de hidratação, sem cálculo numérico direto, apenas raciocínio sobre cargas iônicas.
• 🎯 Tema/Habilidade: Fatores que determinam a solubilidade de compostos iônicos, relacionando carga dos íons, energia de rede e energia de hidratação — interpretar fenômenos químicos a partir de modelos e teorias.
• 🏆 Gabarito: A — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual grandeza, ligada às cargas dos íons, explica por que CaCO₃ é insolúvel e NaCl é solúvel, dado que a solubilidade resulta do balanço entre energia de rede e energia de hidratação?"
• Palavras-chave decisivas: energia de rede, energia de hidratação, balanço
• Armadilha típica: confundir "energia de ionização do cálcio" — etapa isolada de formação do cátion gasoso, já superada quando o sólido iônico existe — com o fator que rege o equilíbrio sólido-solução; ou apontar "densidade", que é consequência do empacotamento cristalino, não causa de solubilidade.
• O que a resposta precisa demonstrar: que tanto a energia de rede quanto a energia de hidratação nascem da mesma origem física — a atração eletrostática entre os íons, seja entre si no cristal, seja com as moléculas de água em solução — e que essa atração cresce com o produto das cargas envolvidas.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Energia de rede (reticular): energia necessária para separar completamente os íons de um sólido cristalino e afastá-los ao estado gasoso; quanto maior a carga dos íons e menor o raio iônico, maior essa energia, conforme a Lei de Coulomb (E ∝ q₁×q₂ / r).
• Energia de hidratação: energia liberada quando cada íon disperso é envolvido por moléculas de água por meio de interações íon-dipolo; também cresce com a carga do íon, mas de forma independente para cátion e ânion, não como um produto conjunto.
• Solubilidade como balanço energético: um sal se dissolve quando a energia liberada na hidratação compensa (ou supera) a energia necessária para romper a rede cristalina; quando a energia de rede é muito superior à de hidratação, o sólido permanece coeso — baixa solubilidade.
• Lei de Coulomb aplicada a íons: a força de atração entre dois íons é proporcional ao produto de suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre seus centros (F ∝ q₁×q₂ / r²).

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "energia de rede (energia necessária para separar completamente os íons do sólido cristalino)" → mede diretamente o quanto os íons se atraem no retículo: quanto mais forte essa atração, mais energia é preciso fornecer para separá-los.
• Evidência 2: "energia envolvida na hidratação dos íons dispersos em solução" → também depende da atração eletrostática, agora entre íon e dipolos da água; íons muito carregados atraem fortemente a água, mas esse ganho não cresce na mesma proporção que a atração íon-íon quando as cargas dobram.
• Síntese: CaCO₃ é formado por Ca²⁺ e CO₃²⁻ (cargas ±2), enquanto NaCl é formado por Na⁺ e Cl⁻ (cargas ±1). O produto das cargas no carbonato é quatro vezes maior, o que eleva desproporcionalmente sua energia de rede a ponto de superar em muito a energia de hidratação — por isso ele é praticamente insolúvel. O elemento comum que explica essa diferença, presente nos dois lados do balanço, é a atração entre os íons.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Identificar as cargas dos íons envolvidos

CaCO₃ se dissocia (mesmo que em pequena extensão) em Ca²⁺ e CO₃²⁻: um íon de carga 2+ e outro de carga 2−.

NaCl se dissocia em Na⁺ e Cl⁻: um íon de carga 1+ e outro de carga 1−.

Subpasso 4.2 — Aplicar a Lei de Coulomb ao produto das cargas

Energia de rede ∝ (q₁ × q₂) / r

Para CaCO₃: q₁ × q₂ = 2 × 2 = 4

Para NaCl: q₁ × q₂ = 1 × 1 = 1

Mesmo levando em conta diferenças de raio iônico e a geometria poliatômica do carbonato, o fator dominante é que a energia de rede do CaCO₃ é ordens de grandeza maior que a do NaCl, justamente por causa do produto de cargas quatro vezes superior.

Subpasso 4.3 — Comparar com a energia de hidratação e verificar

A energia de hidratação também cresce com a carga do íon — Ca²⁺ se hidrata mais fortemente que Na⁺ —, mas esse ganho não compensa o salto correspondente na energia de rede, porque a energia de rede escala com o produto das DUAS cargas (cátion × ânion), enquanto a hidratação escala íon a íon, separadamente. Resultado: energia de rede do CaCO₃ >> energia de hidratação do CaCO₃ → o sólido permanece agregado → praticamente insolúvel. Já em NaCl, energia de rede e energia de hidratação são de mesma ordem de grandeza → o sal se dissolve prontamente. Logo, a grandeza física por trás de toda essa diferença — presente tanto na energia de rede quanto na de hidratação — é a intensidade da atração entre os íons, determinada por suas cargas. Confirma-se a alternativa A.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) atração entre seus íons.

✅ Correta: a atração eletrostática entre os íons, regida pela Lei de Coulomb e proporcional ao produto das cargas, é a grandeza física comum que determina tanto a energia de rede quanto a energia de hidratação. Cargas ±2 em CaCO₃ geram atração muito mais intensa que cargas ±1 em NaCl, explicando diretamente a diferença de solubilidade.

B) densidade do sólido iônico.

❌ Incorreta: densidade é uma propriedade macroscópica que depende da massa dos íons e do empacotamento cristalino, mas não determina se um sal se dissolve em água; existem sólidos densos muito solúveis e sólidos pouco densos insolúveis, então densidade não é o fator causal descrito no texto.

C) energia de ionização do cálcio.

❌ Incorreta: a energia de ionização mede a energia para remover elétrons do átomo de cálcio gasoso isolado e formar o cátion Ca²⁺; esse processo já ocorreu na formação do composto iônico e não participa do balanço rede-hidratação do sólido já constituído por íons.

D) eletronegatividade dos átomos.

❌ Incorreta: eletronegatividade mede a tendência de um átomo atrair elétrons em uma ligação covalente polar; como CaCO₃ e NaCl já são compostos essencialmente iônicos, a diferença de solubilidade entre eles não é explicada pela eletronegatividade dos átomos, e sim pela carga líquida dos íons já formados.

E) polarizabilidade do íon carbonato.

❌ Incorreta: a polarizabilidade — capacidade de distorção da nuvem eletrônica — influencia o caráter covalente parcial da ligação (regras de Fajans) e propriedades ópticas, mas não é a explicação central apontada pelo enunciado, que remete diretamente à energia de rede e de hidratação, ambas regidas pela carga iônica, não pela polarizabilidade de um íon específico.

🏆 Gabarito: A — a atração entre os íons, proporcional ao produto de suas cargas, é o fator que rege tanto a energia de rede quanto a energia de hidratação, explicando por que CaCO₃ (cargas ±2) é muito menos solúvel que NaCl (cargas ±1).

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: nenhuma outra alternativa toca diretamente na causa física do balanço energético descrito no texto (rede vs. hidratação); apenas a atração entre íons explica por que esse balanço pende para lados opostos em CaCO₃ e NaCl.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma explorar solubilidade de sais e regras de solubilidade de forma qualitativa, associando o tema a energia de rede, hidratação e Lei de Coulomb, sem exigir cálculos numéricos — o candidato precisa raciocinar sobre cargas e tamanhos de íons.
• Generalização: quanto maior o produto das cargas dos íons de um composto e menor o raio iônico, maior a energia de rede e, em geral, menor a solubilidade em água, pois fica mais difícil a hidratação compensar a energia necessária para romper o retículo cristalino.
• Dica de eliminação rápida: descarte de imediato alternativas que citem propriedades "soltas" sem relação direta com atração eletrostática (densidade, energia de ionização isolada) — o próprio enunciado já entrega a pista ao falar em "energia de rede" e "energia de hidratação", ambos fenômenos eletrostáticos ligados à carga dos íons.
• Conexões: ciclo de Born-Haber; regras de solubilidade de sais; Lei de Coulomb aplicada a ligações iônicas; efeito da carga e do raio iônico no ponto de fusão de sólidos iônicos.