Questão 79 do ENEM PPL 2013

1º dia · Ciências da Natureza

Industrialmente é possível separar os componentes do ar, utilizando-se uma coluna de fracionamento. Com este processo, obtêm-se gases como: oxigênio (\text{O}_2), nitrogênio (\text{N}_2) e argônio (\text{Ar}). Nesse processo o ar é comprimido e se liquefaz; em seguida ele é expandido, volta ao estado gasoso e seus componentes se separam um a um.

A ordem de separação dos gases na coluna de fracionamento está baseada em qual propriedade da matéria?

  1. A
    Na densidade dos gases, ou seja, o menos denso separa-se primeiro.
  2. B
    Na pressão parcial dos gases, ou seja, o gás com menor pressão parcial separa-se primeiro.
  3. C
    Na capacidade térmica dos gases, ou seja, o gás que mais absorve calor separa-se primeiro.
  4. D
    Na condutividade térmica dos gases, ou seja, o gás que mais rápido absorve calor separa-se primeiro.
  5. E
    Na temperatura de ebulição dos gases, ou seja, o gás com menor temperatura de ebulição separa-se primeiro.
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Resolução comentada

Na destilação fracionada do ar, o ar é comprimido e resfriado até virar líquido. Depois, o líquido é aquecido ou expandido aos poucos, e cada componente volta a ser gás ao atingir a sua própria temperatura de ebulição. Como os gases são substâncias diferentes, as temperaturas de ebulição também são diferentes, e é isso que permite separá-los.

As temperaturas de ebulição a 1 atm são:

  1. \text{N}_2: aproximadamente -196\ ^\circ\text{C};
  2. \text{Ar}: aproximadamente -186\ ^\circ\text{C};
  3. \text{O}_2: aproximadamente -183\ ^\circ\text{C}.

O nitrogênio tem a menor temperatura de ebulição e é o primeiro a evaporar, saindo no topo da coluna. Depois vem o argônio e, por último, o oxigênio, que fica no fundo.

Portanto, a propriedade que comanda a ordem de separação é a temperatura de ebulição, e o primeiro a se separar é o gás com a menor delas. Densidade, capacidade térmica, condutividade térmica e pressão parcial não definem a mudança de estado de cada componente nesse processo.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AA densidade dos gases não determina a ordem de separação; o que importa é a mudança de estado de cada componente.
  • BA pressão parcial não define quem se separa primeiro; a separação depende da temperatura em que cada líquido ferve.
  • CA capacidade térmica indica quanto calor a substância absorve por variação de temperatura, não em que temperatura ela ferve.
  • DA condutividade térmica mede a rapidez da condução de calor, e não define o ponto de ebulição.

Assuntos: destilação fracionada, temperatura de ebulição, separação de misturas.

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