A nanotecnologia pode ser caracterizada quando os compostos estão na ordem de milionésimos de milímetros, como na utilização de nanomateriais catalíticos nos processos industriais. O uso desses materiais aumenta a eficiência da produção, consome menos energia e gera menores quantidades de resíduos. O sucesso dessa aplicação tecnológica muitas vezes está relacionado ao aumento da velocidade da reação química envolvida.
Questão 110 do ENEM 2020 — Ciências da Natureza
ENEM 2020Ciências da Natureza1ª aplicação
A
B
C
D
Resposta correta
E
Gabarito oficial: alternativa D
Resolução comentada
Para resolver essa questão, precisamos conectar o conceito de nanotecnologia com os princípios da Cinética Química, área que estuda a velocidade das reações.
O enunciado nos diz que a nanotecnologia trabalha com compostos na ordem de milionésimos de milímetros (escala nanométrica, ). Quando pegamos uma certa massa de um material e o dividimos em partículas cada vez menores, a sua área de superfície total exposta aumenta drasticamente.
Pense em um cubo de açúcar: se você o colocar na água, ele vai demorar um pouco para dissolver, pois a água só consegue interagir com as faces externas do cubo. Mas, se você triturar esse mesmo cubo até virar um pó fino, a água entrará em contato com todos os pequenos grãozinhos simultaneamente, dissolvendo o açúcar muito mais rápido.
Na química, chamamos isso de superfície de contato. Quanto menor o tamanho das partículas de um material sólido (como um catalisador), maior será a sua superfície de contato. Como as reações químicas dependem do choque entre as moléculas, uma área maior permite que mais colisões ocorram ao mesmo tempo, aumentando significativamente a velocidade da reação.
Vamos analisar as alternativas para confirmar nosso raciocínio:
- A) alta pressão e B) alta temperatura: Embora o aumento da pressão (para gases) e da temperatura também aumentem a velocidade das reações, o uso de nanomateriais tem justamente o objetivo de tornar o processo tão eficiente que muitas vezes dispensa o uso de condições extremas, economizando energia.
- C) excesso de reagentes: Aumentar a concentração dos reagentes acelera a reação, mas isso não tem relação direta com o fato de o catalisador estar em escala nanométrica.
- D) maior superfície de contato: Correto! A principal vantagem de usar partículas na escala nanométrica é a maximização da área superficial exposta, o que acelera a reação.
- E) elevada energia de ativação: Incorreto. A energia de ativação () é a energia mínima necessária para que a reação ocorra. Um catalisador atua diminuindo a energia de ativação, criando um caminho alternativo mais fácil para a reação, e não a elevando.
Portanto, o êxito da nanotecnologia nesse contexto se deve à maior superfície de contato proporcionada pelas nanopartículas.
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Fonte: prova oficial do ENEM 2020 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.