Questão 93 do ENEM 2018 — Ciências da Natureza

Para resolvermos essa questão, precisamos identificar qual das partes dessa "Pilha de Bagdá" atua como o cátodo. Em eletroquímica, o cátodo é o eletrodo onde ocorre a redução (ganho de elétrons), enquanto o ânodo é onde ocorre a oxidação (perda de elétrons).

Analisando os potenciais de redução

A questão nos fornece os potenciais-padrão de redução ($E^\ominus$) das espécies envolvidas:

• Ferro: $E^\ominus(\text{Fe}^{2+}|\text{Fe}) = -0,44\text{ V}$
• Hidrogênio (ácido): $E^\ominus(\text{H}^+|\text{H}_2) = 0,00\text{ V}$
• Cobre: $E^\ominus(\text{Cu}^{2+}|\text{Cu}) = +0,34\text{ V}$

A regra básica do funcionamento das pilhas é: a espécie com o menor potencial de redução vai oxidar (atuar como ânodo), e a espécie com o maior potencial de redução vai forçar a redução no outro polo (atuar como cátodo).

Comparando os valores, o ferro possui o menor potencial ($-0,44\text{ V}$). Portanto, a barra de ferro sofre oxidação, perdendo elétrons e se dissolvendo. O próprio enunciado confirma isso ao dizer que a barra de ferro estava "aparentemente corroída". Logo, a barra de ferro é o ânodo (polo negativo).

O papel do cobre e do ácido

Os elétrons liberados pelo ferro viajam pelo circuito até o tubo de cobre, que é o metal com o maior potencial de redução ($+0,34\text{ V}$). No entanto, há um detalhe muito importante aqui: não existem íons de cobre ($\text{Cu}^{2+}$) dissolvidos na solução para sofrerem redução e virarem cobre metálico.

O que temos na solução é o vestígio de ácido, que fornece íons $\text{H}^+$. Como o potencial do hidrogênio ($0,00\text{ V}$) é maior que o do ferro ($-0,44\text{ V}$), os íons $\text{H}^+$ conseguem "capturar" os elétrons que chegam à superfície do cobre.

Assim, a reação de redução acontece na superfície do tubo de cobre:

$2\text{H}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow \text{H}_2$

O cobre, por ser um metal mais nobre e bom condutor, atua como um eletrodo inerte neste caso. Ele não reage quimicamente (não muda sua estrutura), mas serve como o componente físico que recebe os elétrons e permite que a redução do ácido aconteça. Por definição, a peça metálica onde a redução ocorre (ou que conduz os elétrons para que ela ocorra) é o cátodo (polo positivo).

Conclusão

Analisando os componentes citados nas alternativas:

• A tampa de betume e o vaso de barro: São isolantes elétricos, não participam da condução de elétrons.
• O vestígio de ácido: É o eletrólito (o meio condutor iônico que contém a espécie que será reduzida), não a peça física do eletrodo.
• A barra de ferro: É o ânodo, pois é o metal de menor potencial que sofre oxidação (corrosão).
• O tubo de cobre: É a superfície condutora onde ocorre a redução, atuando, portanto, como o cátodo.

Logo, a alternativa correta é a que aponta o tubo de cobre.