Ciências da NaturezaSeparação de Misturas e Forças IntermolecularesDifícil

Questão de Separação de Misturas e Forças Intermoleculares — ENEM

Em uma planta industrial de produção de etanol combustível, pesquisadores de sustentabilidade e engenheiros enfrentam um desafio técnico: a destilação fracionada convencional da mistura água-etanol atinge um limite de concentração de etanol em torno de 95,6% em massa, pois nesse ponto a mistura forma um azeótropo, um sistema em que líquido e vapor têm a mesma composição e a separação por diferença de ponto de ebulição se torna impossível. Para ultrapassar essa barreira e obter etanol anidro com pureza superior a 99,5%, a planta adiciona um terceiro componente à mistura, como o benzeno ou o ciclohexano, que altera as interações intermoleculares e desfaz o azeótropo, permitindo que a água seja arrastada e separada. O produto final, o etanol anidro, é essencial para uso como biocombustível de baixo impacto ambiental. Considerando que o azeótropo representa um equilíbrio entre forças intermoleculares de semelhante intensidade nas duas fases e que a adição do terceiro componente quebra esse equilíbrio, qual é o fenômeno que justifica a impossibilidade de separar o azeótropo por destilação convencional?
ALíquido e vapor têm a mesma composição no azeótropo, eliminando o gradiente de concentração que permite a separação por ebulição
BO etanol e a água formam ligações covalentes entre si, tornando a mistura quimicamente inseparável por métodos físicos
CO ponto de ebulição do azeótropo é inferior ao da água pura, por isso a água ferve antes e a separação inverte
DA destilação fracionada falha porque o etanol puro tem densidade maior que a água, impedindo a formação de vapor
EA mistura azeótropa apresenta três fases distintas, impossibilitando a aplicação do gradiente de temperatura na coluna

Gabarito comentado

Um azeótropo é formado quando forças intermoleculares entre os componentes criam uma mistura cuja composição do vapor em equilíbrio é idêntica à do líquido. Sem gradiente de composição entre as fases, a destilação fracionada não consegue enriquecer nenhum componente além do ponto azeótropo. Para superar esse limite, adiciona-se um agente de arraste (destilação azeotrópica) que quebra esse equilíbrio, permitindo a obtenção de etanol anidro para biocombustíveis.

Resolução passo a passo

O azeótropo é uma mistura de composição específica em que as fases líquida e vapor têm exatamente a mesma proporção de componentes. Dado que a destilação fracionada se baseia na diferença de composição entre vapor e líquido para enriquecer progressivamente o componente mais volátil, a ausência desse gradiente de composição elimina a força motriz da separação, tornando impossível superar a concentração azeótropa apenas pelo aquecimento e condensação sucessivos. A alternativa que descreve essa igualdade de composição entre as fases é, portanto, a que justifica corretamente o fenômeno. A opção que menciona ligações covalentes entre etanol e água erra, pois as interações responsáveis pelo azeótropo são forças intermoleculares, não ligações covalentes, e a mistura pode ser separada por outros métodos físicos. A ideia de que a água ferve antes confunde a ordem de ebulição com o problema central, que é a igualdade de composição nas fases, não a sequência de ebulição isolada. A densidade do etanol não impede a formação de vapor; líquidos menos densos que a água evaporam normalmente. A mistura azeótropa permanece com duas fases, líquida e vapor, não três. Assim, a justificativa correta é a igualdade de composição líquido-vapor.

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