Questão 70 do ENEM 2014 — Ciências da Natureza

A questão aborda o tratamento de "água dura", que é caracterizada pela presença de altas concentrações de íons cálcio ($Ca^{2+}$) e magnésio ($Mg^{2+}$) dissolvidos. O objetivo é encontrar um método viável para reduzir a concentração desses íons. Como os íons estão dissolvidos na água, formando uma mistura homogênea, precisamos analisar qual dos métodos propostos é capaz de separá-los.

Vamos analisar cada uma das alternativas e os procedimentos correspondentes:

A) Decantação: A decantação é um método físico de separação de misturas heterogêneas (como água e areia ou água e óleo). Como os íons $Ca^{2+}$ e $Mg^{2+}$ estão dissolvidos na água (formando uma solução, que é uma mistura homogênea), eles não se depositam no fundo do recipiente pela ação da gravidade.

B) Filtração: Semelhante à decantação, a filtração serve para reter partículas sólidas em suspensão (misturas heterogêneas). Íons dissolvidos são minúsculos e passam facilmente pelos poros de qualquer filtro comum junto com a água.

C) Aquecimento: O aquecimento da água até a ebulição faria com que a água (solvente) evaporasse, e não os íons. Os compostos iônicos possuem pontos de ebulição altíssimos. A alternativa afirma incorretamente que os íons seriam evaporados.

D) Adição de $CCl_4$: O tetracloreto de carbono ($CCl_4$) é um solvente orgânico apolar. Pela regra geral de solubilidade ("semelhante dissolve semelhante"), um solvente apolar não é capaz de dissolver íons, que possuem carga elétrica e interagem fortemente com a água (que é polar). Portanto, os íons não migrariam para o solvente orgânico e continuariam na fase aquosa.

E) Reação química com $CaO$ e $Na_2CO_3$: Este é o método correto, conhecido na indústria de tratamento de água como abrandamento por cal e soda. A adição dessas substâncias provoca reações químicas que transformam os íons solúveis em compostos insolúveis (precipitados).

O óxido de cálcio ($CaO$) reage com a água formando hidróxido de cálcio ($Ca(OH)_2$), que libera íons $OH^-$ capazes de precipitar o magnésio na forma de hidróxido de magnésio, que é insolúvel: $Mg^{2+}_{(aq)} + 2 OH^{-}_{(aq)} \rightarrow Mg(OH)_{2(s)}$

Já o carbonato de sódio ($Na_2CO_3$) fornece íons carbonato ($CO_3^{2-}$), que se unem aos íons cálcio ($Ca^{2+}$) para formar o carbonato de cálcio, outro sal insolúvel: Ca^{2+}_{(aq)} + CO_{3}^{2-}_{(aq)} \rightarrow CaCO_{3(s)}

Uma vez precipitados (transformados em sólidos em suspensão), esses compostos podem finalmente ser removidos por métodos físicos simples, como decantação ou filtração, deixando a água livre do excesso desses íons.