Questão 132 do ENEM 2020 — Ciências da Natureza

ENEM 2020Ciências da NaturezaDigital

As pilhas recarregáveis, bastante utilizadas atualmente, são formadas por sistemas que atuam como uma célula galvânica, enquanto estão sendo descarregadas, e como célula eletrolítica, quando estão sendo recarregadas.

Uma pilha é formada pelos elementos níquel e cádmio e seu carregador deve fornecer uma diferença de potencial mínima para promover a recarga. Quanto maior a diferença de potencial gerada pelo carregador, maior será o seu custo. Considere os valores de potencial padrão de redução dessas espécies:

\(\text{Ni}^{2+} (\text{aq}) + 2 \text{e}^- \rightleftharpoons \text{Ni (s)} \quad E^\circ = -0.230 \, \text{V}\)

\(\text{Cd}^{2+} (\text{aq}) + 2 \text{e}^- \rightleftharpoons \text{Cd (s)} \quad E^\circ = -0.402 \, \text{V}\)

Teoricamente, para que um carregador seja ao mesmo tempo eficiente e tenha o menor preço, a diferença de potencial mínima, em volt, que ele deve superar é de
A
0,086.
0,172.
Resposta correta
C
0,316.
D
0,632.
E
1,264.
Gabarito oficial: alternativa B

Resolução comentada

Uma pilha recarregável funciona de dois modos. Durante o uso (descarga), ela é uma célula galvânica, produzindo corrente de forma espontânea. Durante a recarga, ela vira uma célula eletrolítica: o carregador fornece energia elétrica para forçar a reação inversa, que não é espontânea.

Para reverter a reação, o carregador precisa aplicar uma diferença de potencial (ddp) de, no mínimo, o mesmo valor da ddp que a pilha gera quando descarrega. Na prática é preciso um pouco mais, mas o valor mínimo a ser superado é exatamente a ddp da pilha. Como o enunciado pede o carregador mais barato (menor ddp possível que ainda funcione), basta calcular a ddp da pilha.

Os potenciais padrão de redução fornecidos são:

ENi2+/Ni∘=−0,230 VE^\circ_{\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}} = -0,230 \text{ V} ECd2+/Cd∘=−0,402 VE^\circ_{\text{Cd}^{2+}/\text{Cd}} = -0,402 \text{ V}

Numa pilha, a espécie de maior potencial de redução sofre redução (cátodo) e a de menor potencial sofre oxidação (ânodo). Como −0,230 V>−0,402 V-0,230 \text{ V} > -0,402 \text{ V}:

  • Cátodo (redução): níquel (Ni\text{Ni})
  • Ânodo (oxidação): cádmio (Cd\text{Cd})

A ddp da pilha é:

ΔE∘=Ecaˊtodo∘−Eaˆnodo∘\Delta E^\circ = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ânodo}} ΔE∘=−0,230−(−0,402)=−0,230+0,402=+0,172 V\Delta E^\circ = -0,230 - (-0,402) = -0,230 + 0,402 = +0,172 \text{ V}

A pilha gera 0,172 V0,172 \text{ V} no funcionamento normal, então esse é o valor mínimo que o carregador precisa superar.

Resposta: alternativa B.

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Fonte: prova oficial do ENEM 2020 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.