Questão Q05 da 2ª fase da FUVEST 2026
Em um momento da trilogia de filmes “De volta para o futuro”, a máquina do tempo, que é um automóvel, é abastecida com restos de alimentos e uma latinha de alumínio. A possibilidade de usar alumínio como combustível em automóveis foi proposta por pesquisadores da Universidade Politécnica da Catalunha. Neste caso, o automóvel seria movido pela combustão do hidrogênio gerado na reação das latas de alumínio com hidróxido de sódio, de acordo com a seguinte reação balanceada:
a) Escreva, no quadro da folha de respostas, o número de oxidação dos átomos de \ce{Al} e \ce{H} nas espécies indicadas.
b) Considerando um automóvel movido a hidrogênio gerado pela reação anterior, qual massa de \ce{Al}, em quilogramas, é necessária para produzir a mesma quantidade de energia liberada pela combustão de 57 L de etanol contidos no tanque de um carro convencional.
c) Grande parte do custo de produção das latas de alumínio, tanto a partir de seu óxido (\ce{Al2O3}), quanto por meio da reciclagem do \ce{Al} metálico, advém dos processos de fusão desses materiais. No caso do óxido, a fusão é necessária para a realização da eletrólise ígnea, enquanto no caso do \ce{Al} reciclado, a fusão é necessária para a remoldagem. Responda quais tipos de ligação química existem no alumínio e no óxido de alumínio sólidos e explique por que é necessário realizar a fusão do óxido de alumínio para sua eletrólise.
Note e adote:
Entalpia de combustão do etanol hidratado = - 2{,}5 \times 10^4\ \text{kJ/L}
Entalpia de combustão do gás hidrogênio = - 285\ \text{kJ/mol}
Massa molar do \ce{Al} = 27\ \text{g/mol}
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Resolução comentada
Resolução comentada
a) O número de oxidação (Nox) do Al e do H nas espécies da equação:
- \ce{Al} (s): substância simples, Nox =0.
- \ce{Al(OH)4-}: o O tem Nox -2 e o H tem Nox +1. Cada \ce{OH} contribui com -1, e os quatro dão -4. Como a carga do íon é -1, o Al tem Nox +3.
- \ce{H2} (g): substância simples, Nox do H =0.
- \ce{H2O}, \ce{OH-} e \ce{Al(OH)4-}: o H está ligado ao O, que é mais eletronegativo, então o Nox do H é +1.
O Al passa de 0 para +3 e oxida. O H da água passa de +1 para 0 e reduz.
Al: 0 no \ce{Al} (s) e +3 no \ce{Al(OH)4-}; H: +1 na \ce{H2O} (e no \ce{OH-} e no \ce{Al(OH)4-}) e 0 no \ce{H2}.
b) Primeiro, a energia liberada pelo etanol hidratado:
Para obter essa energia com \ce{H2}, cada mol queima liberando 285\ \text{kJ}:
- n_{\ce{H2}}=\dfrac{1{,}425\times10^{6}}{285}=5000\ \text{mol}
- Pela equação, 2\ \text{mol Al} geram 3\ \text{mol}\ \ce{H2}. Logo, n_{\ce{Al}}=\dfrac{2}{3}\times5000\approx3333\ \text{mol}.
- m_{\ce{Al}}=3333{,}3\times27\approx9{,}0\times10^{4}\ \text{g}.
Massa de Al \approx 90\ \text{kg}.
c) No alumínio metálico sólido a ligação é metálica: cátions \ce{Al^{3+}} imersos em um "mar" de elétrons livres. No óxido de alumínio sólido (\ce{Al2O3}) a ligação é iônica: ela ocorre entre \ce{Al^{3+}} e \ce{O^{2-}}, em um retículo cristalino.
Na eletrólise é preciso que os íons se movimentem até os eletrodos. No \ce{Al2O3} sólido os íons estão presos no retículo, em posições fixas, e por isso o sólido não conduz corrente. A fusão rompe o retículo e libera os íons, que passam a migrar. Assim, \ce{Al^{3+}} é reduzido a \ce{Al} no cátodo e \ce{O^{2-}} é oxidado no ânodo. A temperatura de fusão é alta porque as atrações iônicas são muito fortes.
Metálica no Al e iônica no \ce{Al2O3}; a fusão é necessária para liberar os íons, que no sólido estão fixos no retículo, permitindo a condução de corrente e a eletrólise.
Assuntos: número de oxidação, estequiometria e termoquímica, ligações químicas e eletrólise ígnea.
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