Questão 94 — ENEM 2023
Em uma indústria, o controle da dureza da água é importante quando ela é utilizada em caldeiras, uma vez que sais pouco solúveis, formados a partir de sulfatos e carbonatos, podem acumular-se no interior das tubulações, causando obstruções. Para avaliar a água utilizada nessa indústria, foram realizados testes de qualidade que consideraram os seguintes parâmetros:
Qual teste deve ser considerado para controlar a formação desse tipo de obstrução de tubulações?
Alternativas
Resolução
Ficha da Questão
- Matérias necessárias: Química → Dureza da água (íons Ca²⁺ e Mg²⁺) + Química industrial (caldeiras) + Solubilidade de sais.
- Nível: Médio — associar "dureza da água" ao íon cálcio (principal responsável) e identificar o teste 1 (Cálcio) como o relevante para controlar incrustações.
- Tema/Habilidade BNCC: química aplicada a processos industriais e qualidade da água.
- Gabarito: A — teste 1 (Cálcio).
Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando
- Comando reformulado: "Qual dos 5 testes (cálcio, cloreto, turbidez, coliformes, sólidos sedimentáveis) deve ser usado para controlar a formação de incrustações de sais pouco solúveis em caldeiras?"
- Palavras-chave decisivas: dureza da água, sulfatos e carbonatos pouco solúveis, incrustações em tubulações, caldeiras.
- Armadilha típica: marcar B (cloreto) ou C (turbidez) — cloretos são solúveis e não formam incrustações; turbidez é aspecto físico, não química.
- Critério de acerto: associar "dureza" com íons Ca²⁺ (principal) e Mg²⁺, e identificar o teste "Cálcio" (teste 1) como o principal parâmetro.
Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais
- Dureza da água: concentração de íons Ca²⁺ e Mg²⁺ dissolvidos. Expressa em mg CaCO₃/L.
- Dureza temporária: íons que precipitam como CaCO₃ e MgCO₃ ao aquecer (incrustações em caldeiras, panelas, boilers).
- Dureza permanente: associada a sulfatos (CaSO₄) que não precipitam só por aquecimento.
- Reação chave em caldeira:
- Ca(HCO₃)₂ (aq) → CaCO₃ (s) + H₂O + CO₂ ↑
- Ao aquecer, bicarbonato decompõe-se e precipita carbonato de cálcio (calcário) nas paredes → obstrução.
- Efeitos em caldeira: perda de eficiência térmica, superaquecimento local, explosão em casos graves.
- Parâmetros a monitorar:
- Cálcio (teste 1): principal responsável pela dureza e incrustações.
- Cloreto (teste 2): relacionado a corrosão, não incrustação.
- Turbidez (teste 3): partículas em suspensão (físico).
- Coliformes (teste 4): qualidade microbiológica.
- Sólidos sedimentáveis (teste 5): partículas que sedimentam (físico).
Passo 3 — Decodificação do Enunciado
- Evidência 1: "sais pouco solúveis formados de sulfatos e carbonatos" → estes são de Ca²⁺ e Mg²⁺ principalmente.
- Evidência 2: "acumulam-se... obstruções" → fenômeno de incrustação por dureza.
- Evidência 3: dos 5 testes, Cálcio (teste 1) é o parâmetro direto da dureza.
- Síntese: teste 1.
Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)
Subpasso 4.1 — Identificar o mecanismo das obstruções
- Bicarbonatos de Ca/Mg dissolvidos reagem ao aquecer:
- Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + H₂O + CO₂.
- Precipitado se deposita nas paredes internas das tubulações → crosta → obstrução.
- Também ocorre com sulfatos (CaSO₄ é pouco solúvel, especialmente a altas temperaturas).
Subpasso 4.2 — Relacionar o mecanismo com um teste
- Parâmetro controlado: concentração de Ca²⁺ (e opcionalmente Mg²⁺).
- Teste 1 = Cálcio → é o teste relevante.
Subpasso 4.3 — Descartar os demais
- Cloreto: forma NaCl, solúvel → não gera incrustações.
- Turbidez: partículas em suspensão; filtros resolvem.
- Coliformes: microbiológico; não forma incrustações químicas.
- Sólidos sedimentáveis: partículas grossas; também removidas por filtração.
Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas
A) Teste 1 (Cálcio). ✅ Correta.
Cálcio é o principal íon responsável pela dureza da água e, consequentemente, pelas incrustações em caldeiras.
B) Teste 2 (Cloreto).
❌ Incorreta. Cloreto forma NaCl/MgCl₂, sais solúveis — não incrustam. Cloreto é relevante para corrosão, não incrustação.
C) Teste 3 (Turbidez).
❌ Incorreta. Turbidez é propriedade física (dispersão de luz por partículas). Não reflete a dureza.
D) Teste 4 (Coliformes totais).
❌ Incorreta. Coliformes são indicadores microbiológicos (qualidade sanitária); sem relação com incrustação química.
E) Teste 5 (Sólidos sedimentáveis).
❌ Incorreta. Mede partículas que sedimentam (areia, argila); não é dureza.
🏆 Gabarito: A — teste 1 (Cálcio).
Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova
- Reafirmação: dureza = cálcio (+ magnésio); incrustação por carbonatos/sulfatos → controlar cálcio.
- Padrão de cobrança ENEM: qualidade da água (cloração, dureza, turbidez) aparece em contextos industriais e domésticos.
- Generalização: Regra da dureza — dureza da água = [Ca²⁺] + [Mg²⁺]. Problemas: incrustação em caldeiras, menor eficiência de sabão.
- Dica de eliminação: cloreto causa corrosão, não incrustação. Turbidez, coliformes, sólidos sedimentáveis são parâmetros físico-microbiológicos, não químicos de dureza.
- Conexões: abrandador de água (trocadores de íons), descalcificação (CO₃²⁻ com HCl), sabão duro x mole, água mineral x deionizada.