Pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison, nos Estados Unidos, desenvolveram um dessalinizador-pilha. O invento se mostrou muito promissor para dessalinizar água do mar, empregando eletrodos com bismuto e titânio em suas composições. Para realizar a dessalinização, o dispositivo funciona por eletrólise, conforme a figura. No descarregamento do dispositivo ocorre o processo inverso, que permite reaproveitar a energia, como em uma pilha.
Durante a dessalinização da água por eletrólise ocorre a formação de
A) BiOCl no ânodo.
B) H2 (g) no cátodo.
C) Bi no polo positivo.
D) O2 (g) no polo negativo.
E) Na3Ti2(PO4)3 no ânodo.
✍ Resolução Em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Química (Eletroquímica: Eletrólise).
Tema/Objetivo Geral: Analisar um diagrama de uma célula eletrolítica inovadora (dessalinizador-pilha) e identificar os produtos formados nos eletrodos (cátodo e ânodo) durante o processo de dessalinização.
Nível da Questão: Médio.
Por que Médio? Exige que o aluno não apenas lembre que “Cátodo atrai Cátions” e “Ânodo atrai Ânions”, mas também que interprete visualmente o diagrama químico para identificar qual composto sólido está sendo formado, em vez de apenas gases comuns como cloro ou hidrogênio.
Gabarito: A (BiOCl no ânodo).
A alternativa está correta pois o diagrama mostra claramente que o eletrodo positivo (ânodo) atrai os ânions Cloreto (Cl-) e, na reação final mostrada à direita, o eletrodo de Bismuto (Bi) se transformou em BiOCl.
1️⃣ PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)
Decodificação do Objetivo:
A questão quer que você olhe para o desenho e diga o que está sendo fabricado no polo positivo (ânodo) ou no polo negativo (cátodo) enquanto a água salgada está sendo limpa.
Simplificação Radical (A Analogia Central):
Imagine que a bateria é um ímã seletivo.
- O lado esquerdo (Laranja/Bi) é um ímã positivo. Ele puxa as bolinhas negativas (Cl-).
- O lado direito (Vermelho/NaTi…) é um ímã negativo. Ele puxa as bolinhas positivas (Na+).
- A pergunta é: “Quando as bolinhas negativas grudam no ímã laranja, o que elas formam?”
Plano de Ataque:
- Identificar os Polos: Olhar os sinais (+) e (-) na bateria desenhada.
- Rastrear os Íons: Ver para onde o Cl- vai e para onde o Na+ vai.
- Ler o Produto Final: Olhar o desenho da direita (“depois da seta”) e ler o nome do composto que apareceu no lugar do eletrodo original.
2️⃣ PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)
Ferramenta 1: Nomenclatura da Eletrólise
- Gerador: A barra maior é o polo positivo (+), a menor é o negativo (-).
- Ânodo (+): É o eletrodo ligado ao polo positivo. Ele sofre oxidação e atrai ânions (cargas negativas).
- Cátodo (-): É o eletrodo ligado ao polo negativo. Ele sofre redução e atrai cátions (cargas positivas).
- Mnemônico: Cátodo atrai Cátion. Anodo atrai Anion.
Ferramenta 2: Leitura de Diagramas Químicos
- Antes (Esquerda): Temos eletrodos puros (Bi e NaTi…).
- Durante: Íons migram (Cl- vai para a esquerda, Na+ vai para a direita).
- Depois (Direita): Temos novos compostos escritos nas barras (BiOCl e Na3Ti…).
3️⃣ PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)
Vamos seguir a pista visual:
- Análise do Polo Positivo (Esquerda):
- O desenho mostra o eletrodo de Bi (Bismuto) ligado ao sinal (+).
- Logo, esse é o Ânodo.
- As setas mostram o Cl- (Cloreto) indo em direção a ele.
- Olhando para o resultado final (direita), a barra que era só “Bi” agora está escrita “BiOCl”.
- Conclusão: No ânodo, formou-se BiOCl.
- Análise do Polo Negativo (Direita):
- O desenho mostra o eletrodo de NaTi2(PO4)3 ligado ao sinal (-).
- Logo, esse é o Cátodo.
- As setas mostram o Na+ (Sódio) indo em direção a ele.
- Olhando para o resultado final, a barra virou “Na3Ti2(PO4)3” (ganhou sódio).
Síntese do Raciocínio:
A questão pergunta o que ocorre durante a dessalinização.
A dessalinização remove Cl- e Na+ da água.
O Cl- foi removido pelo Bismuto, formando BiOCl no ânodo.
Expectativa: Procurar a alternativa que diz “BiOCl no ânodo”.
4️⃣ PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)
- A) BiOCl no ânodo.
- Análise: Perfeita. O eletrodo de Bismuto (Bi) está no polo positivo (+), que na eletrólise é o ânodo. Ele captura os íons cloreto (Cl-), formando o composto insolúvel BiOCl, conforme mostrado no diagrama final.
- Conclusão: 🟢 Alternativa correta.
- B) H2 (g) no cátodo.
- Diagnóstico do Erro: O aluno pensou na eletrólise comum da água salgada (onde realmente forma Hidrogênio no cátodo). Mas aqui é uma “bateria de dessalinização” específica. O diagrama mostra que o cátodo captura Sódio (Na+), não hidrogênio. Não há bolinhas de gás desenhadas.
- Conclusão: 🔴 Incorreta.
- C) Bi no polo positivo.
- Diagnóstico do Erro: O Bi (Bismuto metálico) é o reagente inicial, não o produto formado. Ele é consumido para virar BiOCl.
- Conclusão: 🔴 Incorreta.
- D) O2 (g) no polo negativo.
- Diagnóstico do Erro: Confusão total. O oxigênio gasoso, quando formado, aparece no polo positivo (ânodo) na eletrólise da água, não no negativo. Além disso, o diagrama não mostra formação de gás.
- Conclusão: 🔴 Incorreta.
- E) Na3Ti2(PO4)3 no ânodo.
- Diagnóstico do Erro: Trocou as bolas. Esse composto é formado, sim (veja a barra da direita no final), mas ele está no lado do polo negativo (-), que é o Cátodo, não o ânodo.
- Conclusão: 🔴 Incorreta.
5️⃣ PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)
Frase de Fechamento:
Neste dispositivo inovador, a dessalinização ocorre pela captura química dos íons: o Cloreto é capturado no ânodo formando BiOCl, enquanto o Sódio é intercalado no cátodo; a resposta correta identifica o produto anódico mostrado explicitamente no esquema.
Resumo-flash (A Imagem Mental):
“Ânodo (+) puxa Cloreto (-) e vira BiOCl. Cátodo (-) puxa Sódio (+) e engorda a estrutura.”
🧠 Para ir Além (Engenharia Ambiental):
Essa tecnologia é chamada de “Bateria de Mistura” ou “Deionização Capacitiva”. A grande sacada é que, diferente da eletrólise comum que gasta muita energia para fazer bolhas de gás (H2 e Cl2), aqui os íons ficam “presos” no sólido. Depois, você pode inverter a corrente e devolver os íons para a água de descarte, recuperando parte da energia elétrica usada! É uma bateria que funciona com água salgada.
