Questão 117 do ENEM 2022 — Ciências da Natureza

O experimento descrito é um clássico da química inorgânica: a reação entre um sal carbonato — o mármore, que é essencialmente carbonato de cálcio ($\text{CaCO}_3$) — e um ácido forte, o ácido clorídrico ($\text{HCl}$). A figura mostra apenas o aparato experimental, com o mármore mergulhado no ácido dentro do frasco e o gás sendo conduzido por uma mangueira até um recipiente com água, onde escapa em forma de bolhas. Nosso objetivo é identificar esse gás.

Existe uma regra muito importante sobre a reatividade dos carbonatos: sempre que um sal derivado do ânion carbonato ($\text{CO}_3^{2-}$) reage com um ácido, ocorre uma reação de dupla troca. O hidrogênio do ácido se une ao carbonato, formando ácido carbônico ($\text{H}_2\text{CO}_3$).

O detalhe decisivo é que o ácido carbônico é uma substância extremamente instável em condições ambientes. Assim que se forma, ele se decompõe espontaneamente em água líquida ($\text{H}_2\text{O}$) e gás carbônico ($\text{CO}_2$). É justamente esse gás carbônico que forma as bolhas observadas.

Podemos visualizar o processo em duas etapas. Primeiro, a dupla troca:

$\text{CaCO}_3(s) + 2\,\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{CaCl}_2(aq) + \text{H}_2\text{CO}_3(aq)$

Em seguida, a decomposição do ácido instável:

$\text{H}_2\text{CO}_3(aq) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(l) + \text{CO}_2(g)$

Somando as duas, a equação global do processo é:

$\text{CaCO}_3(s) + 2\,\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{CaCl}_2(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) + \text{CO}_2(g)$

Um erro comum é confundir essa reação com a de um metal puro (como zinco ou ferro) com ácido, que liberaria gás hidrogênio ($\text{H}_2$). Como estamos diante de um carbonato, o gás liberado é sempre o dióxido de carbono ($\text{CO}_2$) — o mesmo princípio que faz um comprimido antiácido efervescer na água.

Portanto, o gás obtido no experimento é o $\text{CO}_2$.