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Questão 93 do ENEM 2018

2º dia · Ciências da Natureza · H21 · Química: Pilhas e potencial de redução

Em 1938 o arqueólogo alemão Wilhelm König, diretor do Museu Nacional do Iraque, encontrou um objeto estranho na coleção da instituição, que poderia ter sido usado como uma pilha, similar às utilizadas em nossos dias. A suposta pilha, datada de cerca de 200 a.C., é constituída de um pequeno vaso de barro (argila) no qual foram instalados um tubo de cobre, uma barra de ferro (aparentemente corroída por ácido) e uma tampa de betume (asfalto), conforme ilustrado. Considere os potenciais-padrão de redução: E^\bullet(\ce{Fe^{2+}|Fe}) = -0{,}44\text{ V}; E^\bullet(\ce{H+|H2}) = 0{,}00\text{ V}; e E^\bullet(\ce{Cu^{2+}|Cu}) = +0{,}34\text{ V}.

Esquema em corte transversal da suposta pilha (pilha de Bagdá), identificando de fora para dentro: vaso de barro, vestígio de ácido, tubo de cobre, barra de ferro e tampa de betume vedando a parte superior.

As pilhas de Bagdá e a acupuntura. Disponível em: http://jornalggn.com.br. Acesso em: 14 dez. 2014 (adaptado).

Nessa suposta pilha, qual dos componentes atuaria como cátodo?

  1. A
    A tampa de betume.
  2. B
    O vestígio de ácido.
  3. C
    A barra de ferro.
  4. D
    O tubo de cobre.
  5. E
    O vaso de barro.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

Em uma pilha, o cátodo é o eletrodo onde ocorre a redução, e o ânodo é onde ocorre a oxidação. Quem se reduz é a espécie com maior potencial de redução; quem se oxida é a de menor potencial.

Os materiais que podem ser eletrodos aqui são os metais, pois conduzem elétrons. Betume e argila são isolantes e só servem de vedação e recipiente. O ácido é o eletrólito, e não um eletrodo.

Comparando os potenciais-padrão de redução:

  1. E^\bullet(\ce{Fe^{2+}|Fe}) = -0{,}44\ \text{V}
  2. E^\bullet(\ce{H+|H2}) = 0{,}00\ \text{V}
  3. E^\bullet(\ce{Cu^{2+}|Cu}) = +0{,}34\ \text{V}

O ferro tem o menor potencial e, portanto, maior tendência a oxidar:

\ce{Fe -> Fe^{2+} + 2e-}

Essa é a semirreação do ânodo, o que combina com a barra corroída pelo ácido.

Os elétrons saem do ferro e vão pelo circuito até o tubo de cobre. Ali, os íons \ce{H+} do ácido recebem esses elétrons e se reduzem:

\ce{2H+ + 2e- -> H2}

O cobre não se consome: ele apenas fornece a superfície onde a redução acontece. Assim, o tubo de cobre é o cátodo.

A diferença de potencial da pilha é 0{,}00-(-0{,}44)=+0{,}44\ \text{V}, positiva, o que confirma que a pilha funciona.

Alternativa D.

Pegadinha: A alternativa B engana quem lembra que \ce{H+} é a espécie que se reduz e a chama de cátodo, esquecendo que o cátodo é o eletrodo sólido (o cobre) onde isso ocorre.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO betume é isolante e serve apenas de vedação, não participa das reações.
  • BO ácido é o eletrólito; seus íons \ce{H+} se reduzem, mas o eletrodo (cátodo) é o metal.
  • CO ferro tem o menor potencial de redução, então se oxida e é o ânodo.
  • EO vaso de barro é só o recipiente isolante e não conduz elétrons.

Assunto: Pilhas e potencial de redução.

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