Questão de Química — Relações da Química com as Tecnologias, a Sociedade e o Meio Ambiente — CESPE / CEBRASPE 2024

Dureza da água e abrandamento por troca iônica

Gabarito: letra C. A redução da dureza da água — ou seja, a remoção dos íons Ca²⁺ e Mg²⁺ responsáveis pela formação de incrustações — é feita industrialmente pelo abrandamento por troca iônica, processo em que esses cátions são substituídos por íons sódio (ou hidrogênio) em resinas trocadoras de íons. As demais opções (floculação, ozonização, fluoretação, decantação/flotação) têm outras finalidades no tratamento de água e não removem especificamente os íons de dureza.

A dureza da água é uma propriedade química associada à presença de cátions metálicos, principalmente cálcio (Ca²⁺) e magnésio (Mg²⁺), que podem estar combinados com bicarbonatos, sulfatos, cloretos etc. Em aplicações industriais, esses íons reagem com ânions como carbonato e sulfato, formando incrustações (depósitos de CaCO₃, MgCO₃, CaSO₄) que se acumulam em tubulações, trocadores de calor, boilers e caldeiras, reduzindo a eficiência térmica e causando entupimentos. Por isso, a indústria busca reduzir a dureza total ao máximo.

O método clássico e mais eficaz para essa finalidade é o abrandamento por troca iônica, também chamado de permuta iônica. Nesse processo, a água dura passa por uma coluna contendo resinas trocadoras de íons — geralmente resinas catiônicas com íons sódio (Na⁺) ou hidrogênio (H⁺) adsorvidos. Os íons Ca²⁺ e Mg²⁺, por terem maior afinidade com a resina, são retidos, enquanto os íons Na⁺ (ou H⁺) são liberados para a água. A reação pode ser representada genericamente como:

Quando a resina se satura, ela é regenerada com uma solução concentrada de cloreto de sódio (NaCl) ou ácido, invertendo o processo e restaurando a capacidade de troca.

É importante distinguir o abrandamento de outros processos de tratamento de água, que atuam em problemas diferentes:

A pegadinha da questão está em associar a dureza a um problema de partículas suspensas (que seria resolvido por floculação/decantação) ou a um problema microbiológico (ozonização). A dureza é um problema iônico, e a troca iônica é exatamente o processo que atua no nível dos íons dissolvidos.

Alternativa A — ❌ Incorreta

A floculação mecanizada é uma etapa do tratamento convencional de água que promove a aglomeração de partículas coloidais e suspensas em flocos maiores, facilitando sua remoção por decantação ou flotação. Ela não atua sobre os íons Ca²⁺ e Mg²⁺ dissolvidos, portanto não reduz a dureza da água.

Alternativa B — ❌ Incorreta

A ozonização é um processo de desinfecção e oxidação, no qual o ozônio (O₃) é utilizado para inativar microrganismos e oxidar compostos orgânicos e alguns inorgânicos. Não tem efeito significativo na remoção de cátions de dureza.

Alternativa C — ✅ Correta ⟵ GABARITO

O abrandamento por troca iônica é o processo indicado para reduzir a dureza da água, pois remove seletivamente os íons Ca²⁺ e Mg²⁺, substituindo-os por íons sódio ou hidrogênio. É amplamente utilizado em caldeiras e sistemas industriais para prevenir incrustações.

Alternativa D — ❌ Incorreta

A fluoretação consiste na adição controlada de compostos de flúor (como fluoreto de sódio) à água, com o objetivo de prevenir cáries dentárias. Não tem relação com a remoção de dureza.

Alternativa E — ❌ Incorreta

A decantação/flotação são processos físicos de separação de sólidos suspensos: na decantação, as partículas mais densas sedimentam por gravidade; na flotação, partículas são levadas à superfície por bolhas de ar. Nenhum dos dois remove íons dissolvidos como Ca²⁺ e Mg²⁺.

Gabarito: letra C