Questão 63 do ENEM 2010 — Ciências da Natureza

ENEM 2010Ciências da Natureza1ª aplicação
Com base no texto e na figura, a produção de energia elétrica por meio da célula a combustível hidrogênio/oxigênio diferencia-se dos processos convencionais porque
transforma energia química em energia elétrica, sem causar danos ao meio ambiente, porque o principal subproduto formado é a água.
Resposta correta
B
converte a energia química contida nas moléculas dos componentes em energia térmica, sem que ocorra a produção de gases poluentes nocivos ao meio ambiente.
C
transforma energia química em energia elétrica, porém emite gases poluentes da mesma forma que a produção de energia a partir dos combustíveis fósseis.
D
converte energia elétrica proveniente dos combustíveis fósseis em energia química, retendo os gases poluentes produzidos no processo sem alterar a qualidade do meio ambiente.
E
converte a energia potencial acumulada nas moléculas de água contidas no sistema em energia química, sem que ocorra a produção de gases poluentes nocivos ao meio ambiente.
Gabarito oficial: alternativa A

Resolução comentada

A questão aborda o funcionamento de uma célula a combustível (ou pilha a combustível), um dispositivo eletroquímico que ganhou destaque por ser uma alternativa limpa para a geração de energia.

Para resolvê-la, precisamos entender as transformações de energia e as reações químicas que ocorrem no dispositivo.

Como funciona a célula

Uma célula a combustível hidrogênio/oxigênio possui dois eletrodos separados por um eletrólito: o ânodo (polo negativo) e o cátodo (polo positivo).

  1. No ânodo: o gás hidrogênio (H2H_2) sofre uma reação de oxidação. Ele perde elétrons (e−e^-), transformando-se em íons H+H^+: H2→2H++2e−H_2 \rightarrow 2H^+ + 2e^-

  2. Circuito externo: os elétrons liberados no ânodo viajam por um fio condutor externo em direção ao cátodo. Esse fluxo ordenado de elétrons é justamente a corrente elétrica que pode alimentar um motor ou acender uma lâmpada. Ou seja, o dispositivo converte energia química (armazenada nas ligações das moléculas) em energia elétrica.

  3. No cátodo: o gás oxigênio (O2O_2) sofre uma reação de redução. Ele recebe os elétrons que vieram do circuito externo e reage com os íons H+H^+ que atravessaram o eletrólito, formando água (H2OH_2O): 12O2+2H++2e−→H2O\frac{1}{2}O_2 + 2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2O

A reação global e o impacto ambiental

Somando as duas semiequações, obtemos a equação global de funcionamento da célula: H2+12O2→H2OH_2 + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow H_2O

O grande diferencial dessa tecnologia em relação aos processos convencionais (como a queima de combustíveis fósseis em motores a combustão ou em termelétricas) é o seu subproduto. Enquanto a queima de gasolina, carvão ou diesel libera grandes quantidades de gases poluentes e de efeito estufa (como CO2CO_2, COCO, óxidos de nitrogênio e de enxofre), a célula a combustível de hidrogênio/oxigênio produz apenas água (H2OH_2O).

Portanto, a célula transforma energia química em energia elétrica de forma limpa, sem emitir gases poluentes, tendo a água como seu único subproduto. A alternativa que descreve corretamente esse processo é a A.

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Fonte: prova oficial do ENEM 2010 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.