Questão 91 do ENEM 2019 — Ciências da Natureza

Para resolvermos essa questão, precisamos atuar como verdadeiros detetives químicos e analisar o que acontece dentro da tubulação. O enunciado nos diz que a mistura sólida comercial, ao entrar em contato com a água, provoca uma reação que libera gás hidrogênio ($H_2$) e muita energia na forma de calor.

Essa liberação de energia e gás indica que está ocorrendo uma reação de oxirredução espontânea. Em eletroquímica, para que uma reação seja espontânea, a diferença de potencial global ($\Delta E^\circ$) deve ser positiva ($\Delta E^\circ > 0$).

Analisando os papéis na reação

A água está sofrendo redução para formar o gás hidrogênio. Olhando a tabela fornecida, a semirreação de redução da água é:

$2 \, H_2O + 2 \, e^- \rightarrow H_2 + 2 \, OH^- \quad (E^\circ_{red} = -0,83 \text{ V})$

Se a água está reduzindo (ganhando elétrons), a outra espécie química da mistura precisa sofrer oxidação (perder elétrons). A tabela nos fornece os potenciais padrão de redução ($E^\circ_{red}$). Para descobrirmos a "vontade" que cada espécie tem de oxidar, precisamos inverter as equações da tabela e, consequentemente, inverter o sinal dos potenciais, obtendo assim os potenciais de oxidação ($E^\circ_{ox}$).

Avaliando os suspeitos

Antes de fazermos contas, podemos eliminar algumas alternativas usando a lógica química. As alternativas C ($Cu(OH)_2$) e D ($Fe(OH)_2$) apresentam metais na forma de hidróxidos. Nesses compostos, o cobre e o ferro já perderam elétrons (estão oxidados na forma de íons $Cu^{2+}$ e $Fe^{2+}$). Como precisamos de uma espécie que atue como agente redutor (que doe elétrons), ela deve estar na sua forma metálica pura, com elétrons disponíveis para doar. Logo, descartamos C e D.

Sobram os metais puros: Alumínio (Al), Cobalto (Co) e Chumbo (Pb). Vamos calcular a diferença de potencial ($\Delta E^\circ$) para a reação de cada um deles com a água. A fórmula que usaremos é:

$\Delta E^\circ = E^\circ_{red}(\text{água}) + E^\circ_{ox}(\text{metal})$

1. Testando o Cobalto (Co): O potencial de redução do $Co(OH)_2$ para $Co$ é $-0,73 \text{ V}$. Invertendo, o potencial de oxidação do $Co$ é $+0,73 \text{ V}$. $\Delta E^\circ = -0,83 \text{ V} + 0,73 \text{ V} = -0,10 \text{ V}$ Como o valor é negativo, a reação não é espontânea.

2. Testando o Chumbo (Pb): O potencial de redução para formar $Pb$ é $-0,58 \text{ V}$. Invertendo, o potencial de oxidação do $Pb$ é $+0,58 \text{ V}$. $\Delta E^\circ = -0,83 \text{ V} + 0,58 \text{ V} = -0,25 \text{ V}$ Novamente, um valor negativo. A reação não é espontânea.

3. Testando o Alumínio (Al): O potencial de redução para formar $Al$ é $-2,33 \text{ V}$. Invertendo, o potencial de oxidação do $Al$ é $+2,33 \text{ V}$. $\Delta E^\circ = -0,83 \text{ V} + 2,33 \text{ V} = +1,50 \text{ V}$

Aqui temos um valor positivo e bastante elevado! Isso significa que o alumínio metálico reage de forma muito espontânea e vigorosa com a água em meio básico (garantido pela presença do NaOH na mistura), liberando o gás hidrogênio e a grande quantidade de calor necessária para derreter a gordura e desentupir a tubulação.

Portanto, a espécie química que compõe a mistura é o alumínio metálico.