Questão 64 do ENEM 2013 — Ciências da Natureza

ENEM 2013Ciências da Natureza2ª aplicação

À medida que se expira sobre uma solução de azul de bromotimol e hidróxido de sódio (NaOH), sua coloração azul característica vai se alterando. O azul de bromotimol é um indicador ácido-base que adquire cor azul em pH básico, verde em pH neutro e amarela em pH ácido. O gás carbônico (CO2) expirado reage com a água presente na solução (H2O), produzindo ácido carbônico (H2CO3). Este pode reagir com o NaOH da solução inicial, produzindo bicarbonato de sódio (NaHCO3):
CO2+ H2O → H2CO3

H2CO3 + NaOH → NaHCO3+ H2O

ARROIO, A. et al. Química Nova na Escola, São Paulo, v. 29, 2006.

O que a pessoa irá observar à medida que expira no recipiente contendo essa solução?

A solução mudará de cor, de azul para verde, e, em seguida, de verde para amarelo. Com o acréscimo de ácido carbônico, o pH da solução irá reduzir até tornar-se neutro. Em seguida, um excesso de ácido carbônico tornará o pH da solução ácido.

Resposta correta

A solução somente terá sua cor alterada de azul para amarelo, pois será formado um excesso de ácido carbônico no recipiente, o que reduzirá bruscamente o pH da solução.

A cor da solução não será alterada com o acréscimo de ácido carbônico. Isso porque o meio é inicialmente neutro e a presença de ácido carbônico não produzirá nenhuma mudança no pH da solução.

A solução mudará de azul para verde e, em seguida, de verde para azul. Isso ocorrerá em função da neutralização de um meio inicialmente básico acompanhado de um aumento de pH na solução, à medida que ácido carbônico é adicionado ao meio.

A cor da solução alterará de azul para amarelo e, em seguida, de amarelo para verde. Esse comportamento é justificado pelo fato de o ácido carbônico reduzir bruscamente o pH da solução e depois ser neutralizado pelo restante de NaOH presente no meio.

Gabarito oficial: alternativa A

Resolução comentada

Para resolver essa questão, precisamos analisar as transformações químicas que ocorrem na solução e como elas afetam o pH do meio, o que, por sua vez, altera a cor do indicador ácido-base.

O Estado Inicial da Solução

O enunciado nos diz que a solução inicial contém hidróxido de sódio ( $NaOH$ ), que é uma base forte. Por causa da presença dessa base, o pH inicial da solução é básico (ou alcalino). O indicador utilizado é o azul de bromotimol, que, segundo o próprio texto, adquire cor azul em pH básico. Portanto, antes de a pessoa começar a expirar, a solução é azul.

A Adição do Gás Carbônico

Quando a pessoa expira sobre a solução, ela introduz gás carbônico ( $CO_2$ ). Esse gás reage com a água ( $H_2O$ ) presente no recipiente, formando ácido carbônico ( $H_2CO_3$ ), conforme a equação:

$CO_2 + H_2O \rightarrow H_2CO_3$

O ácido carbônico formado começa a reagir com o hidróxido de sódio ( $NaOH$ ) que estava na solução, em uma clássica reação de neutralização ácido-base:

$H_2CO_3 + NaOH \rightarrow NaHCO_3 + H_2O$

A Variação do pH e a Mudança de Cor

À medida que a pessoa continua expirando, mais ácido carbônico é produzido e mais $NaOH$ é consumido (neutralizado). Com a diminuição da quantidade de base, o pH da solução começa a cair.

De Básico para Neutro: Quando a quantidade de ácido carbônico adicionada for suficiente para neutralizar a base presente, o pH da solução se aproximará da neutralidade. Nesse momento, o indicador azul de bromotimol mudará sua coloração de azul para verde.
De Neutro para Ácido: Se a pessoa continuar expirando, todo o $NaOH$ já terá sido consumido. O gás carbônico continuará se dissolvendo e formando ácido carbônico, que agora ficará em excesso na solução. Esse excesso de ácido fará com que o pH caia ainda mais, tornando o meio ácido. O indicador, então, mudará sua coloração de verde para amarelo.

Conclusão

O processo contínuo de expiração provoca uma queda gradual do pH, fazendo com que a solução passe do estado básico para o neutro e, finalmente, para o ácido. Visualmente, isso se traduz na mudança de cor de azul para verde e, em seguida, de verde para amarelo. Esse comportamento é perfeitamente descrito na alternativa A.

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Fonte: prova oficial do ENEM 2013 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.