Questão 133 do ENEM 2025

2º dia · Ciências da Natureza

O despejo acidental de óleo nos oceanos tem ocasionado incontáveis prejuízos à vida marinha e à economia de regiões costeiras. Métodos tradicionais de tratamento do despejo geram resíduos de difícil descarte e nem sempre são eficazes. Por isso, pesquisadores desenvolveram um filtro capaz de separar óleo e água. O dispositivo é montado sobre uma malha de aço com uma sequência de camadas. A primeira camada é formada por um polímero de carga positiva, a segunda é composta por nanopartículas de sílica (\ce{SiO2}), a terceira é formada pelo mesmo polímero e a última é um surfactante, conforme apresentado na figura.

Representação esquemática do dispositivo

Esquema das camadas do dispositivo montado sobre uma malha de aço: de baixo para cima, camada inferior de polímero com cargas positivas, nanopartículas de sílica com cargas negativas, camada superior de polímero com cargas positivas e, na superfície, moléculas de surfactante com cabeças polares aniônicas e caudas perfluoradas voltadas para o exterior.

BROWN, P. S.; BHUSHAN, B. Mechanically durable, superoleophobic coatings prepared by layer-by-layer technique for anti-smudge and oil-water separation. Scientific Reports, v. 5, mar. 2015 (adaptado).

Na utilização desse dispositivo, a retenção do óleo ocorre

  1. A
    no surfactante.
  2. B
    na camada superior de polímero.
  3. C
    nas nanopartículas de sílica.
  4. D
    na camada inferior de polímero.
  5. E
    na malha de aço.
Resolução comentada

O filtro separa óleo e água porque sua superfície repele o óleo (é oleofóbica) e deixa a água passar. Vale lembrar que "semelhante dissolve semelhante": substâncias apolares interagem com apolares, e polares com polares.

O que a figura mostra:

  1. O surfactante fica na camada mais externa, com a cabeça aniônica ligada ao polímero positivo por atração eletrostática.
  2. As caudas do surfactante são perfluoradas (cadeias carbônicas com muitos átomos de F) e ficam voltadas para o exterior, para onde a mistura óleo-água chega.
  3. Cadeias perfluoradas são muito apolares, mas também repelem a água. Sua interação com o óleo, formado por hidrocarbonetos, é fraca e o óleo não se espalha nem atravessa. Já a água escoa por entre as caudas e pelos poros das camadas seguintes.

Portanto, o óleo é o primeiro a encontrar o surfactante e fica retido ali, na superfície. As camadas de polímero e de sílica servem só como suporte. Elas fixam o surfactante por atração entre cargas (polímero + e sílica −) e não entram em contato com o óleo. A malha de aço é apenas a base mecânica do dispositivo.

O óleo é retido na camada de surfactante.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BA camada superior de polímero fica abaixo do surfactante e serve só para prendê-lo por atração de cargas; o óleo não chega a ela.
  • CAs nanopartículas de sílica ficam no interior da estrutura e apenas sustentam as camadas; não retêm o óleo.
  • DA camada inferior de polímero está na base, junto à malha, longe do contato com a mistura.
  • EA malha de aço é só o suporte do dispositivo e não tem função de reter o óleo.

Assuntos: polaridade e interações intermoleculares, surfactantes, separação de misturas.

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