Questão 46 do ENEM 2013 — Ciências da Natureza

ENEM 2013Ciências da Natureza1ª aplicação

Músculos artificiais são dispositivos feitos com plásticos inteligentes que respondem a uma corrente elétrica com um movimento mecânico. A oxidação e redução de um polímero condutor criam cargas positivas e/ou negativas no material, que são compensadas com a inserção ou expulsão de cátions ou ânions. Por exemplo, na figura os filmes escuros são de polipirrol e o filme branco é de um eletrólito polimérico contendo um sal inorgânico. Quando o polipirrol sofre oxidação, há a inserção de ânions para compensar a carga positiva no polímero e o filme se expande. Na outra face do dispositivo o filme de polipirrol sofre redução, expulsando ânions, e o filme se contrai. Pela montagem, em sanduíche, o sistema todo se movimenta de forma harmônica, conforme mostrado na figura.

DE PAOLI, M. A. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, São Paulo, maio 2001 (adaptado).

A camada central de eletrólito polimérico é importante porque
A
absorve a irradiação de partículas carregadas, emitidas pelo aquecimento elétrico dos filmes de polipirrol.
permite a difusão dos íons promovida pela aplicação de diferença de potencial, fechando o circuito elétrico.
Resposta correta
C
mantém um gradiente térmico no material para promover a dilatação/contração térmica de cada filme de polipirrol.
D
permite a condução de elétrons livres, promovida pela aplicação de diferença de potencial, gerando corrente elétrica.
E
promove a polarização das moléculas poliméricas, o que resulta no movimento gerado pela aplicação de diferença de potencial.
Gabarito oficial: alternativa B

Resolução comentada

O Funcionamento do Músculo Artificial

Para entender o funcionamento desse dispositivo, precisamos olhar para o sistema como uma célula eletroquímica. O texto nos descreve um "sanduíche" formado por três camadas: duas externas de polipirrol (um polímero condutor) e uma central de eletrólito polimérico (que contém um sal inorgânico, ou seja, íons livres).

Quando uma diferença de potencial (tensão elétrica) é aplicada ao sistema, ocorrem reações de oxirredução nas camadas externas de polipirrol:

  1. Oxidação: Em uma das faces, o polipirrol perde elétrons (e−e^-), adquirindo carga positiva. Para que o material não fique eletricamente instável, ânions (íons de carga negativa) migram para dentro dessa camada para neutralizar a carga. A entrada desses íons faz com que o material inche, ou seja, sofra expansão.
  2. Redução: Na face oposta, o polipirrol ganha elétrons, neutralizando suas cargas positivas anteriores. Como consequência, os ânions que estavam ali não são mais necessários e são expulsos do material. A saída desses íons faz com que essa camada sofra contração.

É a combinação simultânea de expansão de um lado e contração do outro que faz o dispositivo se curvar, gerando o movimento mecânico.

O Papel do Eletrólito

A grande sacada da questão está em compreender a função da camada central (o eletrólito polimérico). Para que os ânions entrem em uma camada de polipirrol e saiam da outra, eles precisam de um meio de transporte.

O eletrólito atua exatamente como esse meio: ele é um reservatório e um condutor de íons. Quando a diferença de potencial é aplicada, ela cria um campo elétrico que promove a difusão (movimentação) desses íons através da camada central. É esse trânsito de íons de um lado para o outro que garante a neutralidade elétrica das camadas externas e, fundamentalmente, fecha o circuito elétrico internamente.

Um erro muito comum em eletroquímica é achar que o eletrólito conduz elétrons. Se a camada central conduzisse elétrons livres (como sugere a alternativa D), ocorreria um curto-circuito e o dispositivo não funcionaria. Elétrons fluem pelo circuito externo e pelos polímeros condutores; íons fluem pelo eletrólito.

Portanto, a camada central é indispensável porque permite a mobilidade iônica necessária para compensar as cargas geradas nas reações redox, fechando o circuito e permitindo o funcionamento contínuo do sistema.

Gabarito: Alternativa B.

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Fonte: prova oficial do ENEM 2013 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.