Questão 106 do ENEM 2022 — Ciências da Natureza

Para resolver essa questão, precisamos entender como o $pH$ do meio afeta o estado de ionização de uma molécula que possui grupos ionizáveis. A chave está na comparação entre o $pH$ do ambiente (aqui, a urina) e o $pK_a$ de cada grupo funcional.

A regra: $pH$ vs $pK_a$

O $pK_a$ funciona como uma "fronteira de acidez" de cada grupo: ele mede o quão firmemente o grupo segura o seu próton ($H^+$). Já o $pH$ indica quão ácido ou básico está o meio. A comparação entre os dois define a forma predominante:

• Se $pH < pK_a$: o meio é mais ácido que o grupo. Há prótons de sobra no ambiente, então o grupo mantém o seu próton (forma protonada).
• Se $pH > pK_a$: o meio é mais básico que o grupo. O ambiente está carente de prótons e "puxa" o próton do grupo (forma desprotonada).

Analisando a penicilamina na urina

O enunciado informa que o $pH$ da urina fica entre $5$ e $7$ e que a molécula tem três grupos ionizáveis, com os seguintes valores de $pK_a$: carboxila $-COOH$ ($pK_a = 1{,}8$), amino $-NH_2$ ($pK_a = 7{,}9$) e tiol $-SH$ ($pK_a = 10{,}5$). Vamos analisar cada um nessa faixa de $pH$.

Carboxila ($-COOH$, $pK_a = 1{,}8$) Como o $pH$ da urina ($5$ a $7$) é bem maior que $1{,}8$, temos $pH > pK_a$. A carboxila perde o próton e fica com carga negativa, virando o íon carboxilato: $-COO^-$.

Amino ($-NH_2$, $pK_a = 7{,}9$) Como o $pH$ da urina ($5$ a $7$) é menor que $7{,}9$, temos $pH < pK_a$. O grupo segura o próton. Cuidado com a armadilha: a amina protonada não é neutra; ao aceitar um $H^+$ ela ganha carga positiva, virando o íon amínio: $-NH_3^+$.

Tiol ($-SH$, $pK_a = 10{,}5$) Como o $pH$ da urina ($5$ a $7$) é bem menor que $10{,}5$, temos $pH < pK_a$. O tiol mantém firmemente o próton e permanece na forma neutra original: $-SH$.

Juntando as peças

Na faixa de $pH$ da urina, a penicilamina predominante apresenta:

• carboxila desprotonada: $-COO^-$;
• amino protonado: $-NH_3^+$;
• tiol neutro: $-SH$.

Como a molécula fica simultaneamente com uma carga negativa (carboxilato) e uma positiva (amínio), ela é um zwitterion (íon dipolar). A estrutura que combina exatamente $-COO^-$, $-NH_3^+$ e $-SH$ neutro corresponde à alternativa C.