Questão 112 — ENEM 2022 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Interações intermoleculares (ligações de hidrogênio) e propriedades de soluções
• ⚡ Nível: Médio — exige entender como as ligações de hidrogênio alteram o empacotamento molecular, descartando distratores plausíveis, porém conceitualmente incorretos (tamanho da molécula, massa molecular, agitação térmica).
• 🎯 Tema/Habilidade: Contração de volume em misturas líquidas polares — relacionar um fenômeno macroscópico observável (redução de volume ao misturar água e etanol) à sua causa microscópica (intensidade das forças intermoleculares).
• 🏆 Gabarito: E — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Do ponto de vista químico, qual é a causa de 500 mL de água somados a 500 mL de etanol resultarem em apenas 970 mL de solução, e não 1000 mL?"
• Palavras-chave decisivas: 500 mL + 500 mL → 970 mL, liberação de pequena quantidade de energia, "afinidade" entre esses líquidos
• Armadilha típica: confundir a contração do volume total do sistema com uma suposta contração das moléculas individuais — como se água e etanol "encolhessem" ao se misturar, o que não faz sentido químico algum.
• O que a resposta precisa demonstrar: que o fenômeno é de natureza intermolecular (entre moléculas diferentes), e não intramolecular, mássica ou térmica — as três outras possibilidades exploradas como distratores.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Ligações de hidrogênio: interação intermolecular forte, que ocorre quando um H ligado a um átomo muito eletronegativo (O, N ou F) é atraído pelo par de elétrons livre de um átomo eletronegativo vizinho. Água (H–O–H) e etanol (CH₃CH₂–O–H) possuem hidroxilas capazes desse tipo de ligação.
• Rede da água pura: cada H₂O pode formar até quatro ligações de hidrogênio (duas como doadora, duas como aceptora), criando uma rede espacial extensa, mas relativamente "aberta", com pequenos espaços vazios — a mesma razão pela qual o gelo é menos denso que a água líquida.
• Etanol puro — cabeça polar, cauda apolar: a hidroxila do etanol faz ligações de hidrogênio, mas o grupo etila (CH₃CH₂–) é volumoso e apolar e atrapalha a aproximação de vizinhas; por isso o etanol puro forma cadeias com empacotamento menos eficiente que o da água.
• Volume de excesso (ΔV): numa mistura ideal os volumes são aditivos (ΔV = 0). Quando ΔV < 0 (como nos 970 mL observados), isso evidencia que as interações entre moléculas diferentes (água–etanol) são mais eficazes em aproximar as partículas do que as interações médias nos líquidos puros — um desvio negativo da idealidade.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "500 mL de água e 500 mL de etanol origine uma solução de 970 mL" → há perda líquida de 30 mL em relação à soma simples dos volumes (500 + 500 = 1000 mL); o comportamento é claramente não aditivo, isto é, não ideal.
• Evidência 2: "processo que envolve liberação de pequena quantidade de energia" → a mistura é exotérmica. Formar novas interações atrativas mais estáveis libera energia — é o mesmo princípio de quando um sistema "cai" para um estado de menor energia potencial ao se organizar melhor.
• Evidência 3: "'afinidade' entre esses líquidos" → o próprio enunciado já entrega a pista central: existe atração química real (não apenas coincidência espacial) entre as moléculas de água e as de etanol.
• Síntese: a contração de volume e a liberação de energia caminham juntas e apontam para a mesma causa — ao se misturarem, água e etanol formam novas ligações de hidrogênio cruzadas (O–H···O) que encaixam as moléculas de etanol nos espaços da rede aquosa, resultando em um empacotamento mais compacto do que o das substâncias separadas.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Entendendo a estrutura "aberta" da água pura

Na água pura, a rede de ligações de hidrogênio é extensa, mas deixa espaços intersticiais entre os agrupamentos de moléculas. O volume ocupado pela água não é o "empacotamento máximo possível" de H₂O — há folga estrutural decorrente da geometria das ligações de hidrogênio.

Subpasso 4.2 — O papel do etanol no novo arranjo

O etanol tem uma extremidade polar (–OH), capaz de ligação de hidrogênio, e uma extremidade apolar (grupo etila). Ao ser adicionado à água, o –OH do etanol se insere nos espaços vazios da rede aquosa e forma novas ligações de hidrogênio cruzadas com H₂O (H₂O···HO–CH₂CH₃). Esse encaixe aproxima as moléculas mais do que a simples justaposição dos dois líquidos permitiria — como preencher os vãos de uma estrutura porosa com peças que se prendem a ela.

Subpasso 4.3 — Verificação com o balanço de volume e energia

Se V(água) + V(etanol) = 500 + 500 = 1000 mL, mas V(solução) = 970 mL, então ΔV = 970 − 1000 = −30 mL. Contração de volume só é favorável quando o novo arranjo molecular é mais compacto, o que exige forças atrativas líquidas maiores entre as partículas. Isso é reforçado pela liberação de energia citada no enunciado: formar interações mais fortes e numerosas é exotérmico, exatamente como esperado ao surgirem ligações de hidrogênio mistas mais eficientes no empacotamento. Confirma-se que a causa da variação de volume é o estabelecimento de interações intermoleculares mais intensas entre água e etanol → alternativa E.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) À redução do volume das moléculas.

❌ Incorreta: o volume de uma molécula é definido pela sua estrutura eletrônica e pelos comprimentos de ligação intramoleculares (O–H, C–O, C–C), grandezas que não mudam num processo físico de mistura. Água e etanol continuam exatamente do mesmo "tamanho" antes e depois — muda a distância média entre elas, não o volume individual de cada uma.

B) Ao abaixamento da massa molecular.

❌ Incorreta: a massa molecular é fixa para cada substância (H₂O = 18 g/mol; C₂H₅OH = 46 g/mol) e não se altera por mistura física, já que não há quebra de ligações covalentes nem reação química — apenas rearranjo espacial. Essa grandeza simplesmente não explica variações de volume em uma mistura.

C) À formação de ligações covalentes mais fortes.

❌ Incorreta: ligações covalentes são intramoleculares — unem átomos dentro de cada molécula (O–H na água; C–O e O–H no etanol) — e não surgem entre moléculas diferentes apenas por estarem misturadas. Novas ligações covalentes implicariam reação química com formação de nova substância, o que contraria o enunciado, que preserva água e etanol como tais.

D) À diminuição do grau de agitação das moléculas.

❌ Incorreta: agitação térmica está associada à temperatura, e nada indica resfriamento do sistema — pelo contrário, o processo é exotérmico (libera calor), o que tenderia a manter ou aumentar a agitação, jamais reduzi-la. A contração decorre de forças atrativas mais intensas entre vizinhas (energia potencial e empacotamento), não de queda no movimento térmico.

E) Ao estabelecimento de interações intermoleculares mais intensas.

✅ Correta: as ligações de hidrogênio cruzadas entre água e etanol (O–H···O) são, em conjunto, mais eficazes em aproximar as partículas do que as interações nos dois líquidos puros isoladamente. Esse arranjo mais compacto reduz o volume total do sistema — exatamente a "afinidade" citada no enunciado, responsável tanto pela contração de 30 mL quanto pela energia liberada.

🏆 Gabarito: E — a contração de 30 mL e a liberação de energia observadas na mistura são, ambas, consequência direta do estabelecimento de ligações de hidrogênio mais intensas e mais eficientes no empacotamento entre as moléculas de água e de etanol.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: apenas a alternativa E atribui a contração de volume à causa física real — o aumento na intensidade das interações intermoleculares —, enquanto as demais recorrem a grandezas que não mudam num processo físico (tamanho molecular, massa molecular) ou a mecanismos incompatíveis com o que o texto descreve (formação de ligação covalente, queda na agitação térmica).
• Padrão de cobrança: o ENEM recorre com frequência ao exemplo etanol–água para verificar se o estudante entende a ligação de hidrogênio como fenômeno intermolecular capaz de alterar volume e liberar ou absorver energia na mistura — um dos "clássicos" da Química no exame.
• Generalização: sempre que uma mistura de líquidos apresentar volume final menor que a soma dos volumes iniciais (contração) associada à liberação de energia, a explicação química correta está nas interações intermoleculares entre os componentes — nunca em mudança de massa, de tamanho molecular ou em novas ligações covalentes.
• Dica de eliminação rápida: descarte de imediato qualquer alternativa que fale em alterar "o tamanho ou a massa da molécula" (são propriedades intramoleculares fixas); o fenômeno de mistura só pode ser explicado por interações ENTRE moléculas diferentes, nunca por mudanças dentro de cada molécula.
• Conexões: desvios negativos da idealidade em misturas líquidas, densidade anômala da água, polaridade e miscibilidade, entalpia (calor) de mistura.