Grupos de pesquisa em todo o mundo vêm buscando soluções inovadoras, visando a produção de dispositivos para a geração de energia elétrica. Dentre eles, pode-se destacar as baterias de zinco-ar, que combinam o oxigênio atmosférico e o metal zinco em um eletrólito aquoso de caráter alcalino. O esquema de funcionamento da bateria zinco-ar está apresentado na figura.
No funcionamento da bateria, a espécie química formada no ânodo é
A) H2 (g).
B) O2 (g).
C) H2O (l).
D) OH− (aq).
E) Zn(OH)42− (aq).
Resolução em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- Eletroquímica
Nível da Questão: Médio
Gabarito: Alternativa E
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 Comando da Questão:
A questão aborda o funcionamento da bateria de zinco-ar e pede a espécie química formada no ânodo durante a reação eletroquímica.
🔹 Palavras-chave:
- Ânodo → Local onde ocorre a oxidação (perda de elétrons).
- Cátodo → Local onde ocorre a redução (ganho de elétrons).
- Reação eletroquímica → Envolve transferência de elétrons entre espécies químicas.
🎯 Objetivo da Questão:
Identificar qual espécie química se forma no ânodo da bateria de zinco-ar, considerando as reações envolvidas no processo.
⚠ Dica Geral:
No ânodo ocorre a oxidação do zinco (Zn), enquanto no cátodo acontece a redução do oxigênio (O₂). Assim, devemos verificar qual substância se forma a partir do Zn na solução alcalina.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
🔹 1. O que é uma Bateria de Zinco-Ar?
A bateria de zinco-ar é um dispositivo eletroquímico onde o zinco metálico reage com o oxigênio do ar para gerar eletricidade. Esse sistema utiliza um eletrólito alcalino (geralmente hidróxido de potássio – KOH).
🔹 2. Reações nos Eletrodos
✔ Ânodo (oxidação): O zinco metálico (Zn) perde elétrons e se dissolve na solução, formando um complexo com íons hidroxila (OH⁻).
✔ Cátodo (redução): O oxigênio do ar reage com a água e os íons hidroxila para formar mais íons OH⁻.
🔹 3. O que ocorre no ânodo?
No ânodo, o zinco sofre oxidação, passando de Zn⁰ para Zn²⁺, reagindo com OH⁻ para formar [Zn(OH)₄]²⁻, um complexo de hidróxido de zinco.
🔹 4. Equações da Reação
✔ Reação no ânodo (oxidação):
Zn + 4OH⁻ → [Zn(OH)₄]²⁻ + 2e⁻
✔ Reação no cátodo (redução):
O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 Frases-chave do enunciado:
- “O esquema de funcionamento da bateria zinco-ar está apresentado na figura.”
- “A espécie química formada no ânodo é?”
🔹 Interpretação:
- O ânodo é onde ocorre a oxidação do zinco (Zn).
- O produto da oxidação do Zn, na presença de íons OH⁻, é o complexo [Zn(OH)₄]²⁻.
- Assim, a espécie formada no ânodo deve ser o Zn(OH)₄²⁻.
Agora, verificamos se essa espécie está entre as alternativas.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
✔ Passo 1: Identificação do ânodo e do cátodo
- O eletrodo de zinco é o ânodo, onde ocorre oxidação.
- O eletrodo poroso é o cátodo, onde ocorre redução do oxigênio.
✔ Passo 2: Equação da oxidação no ânodo
No ânodo, o zinco metálico perde elétrons e reage com íons hidroxila (OH⁻):
Zn + 4OH⁻ → [Zn(OH)₄]²⁻ + 2e⁻
✔ Passo 3: Conclusão sobre a espécie formada
A equação mostra que o produto final no ânodo é o íon complexo Zn(OH)₄²⁻.
Portanto, a alternativa correta deve conter essa espécie química.
Passo 5: Análise das Alternativas
✅ Alternativa Correta – E:
✔ Zn(OH)₄²⁻ é formado no ânodo, conforme indicado pela equação da reação.
❌ Alternativa A – H₂ (g):
- O hidrogênio molecular não é um produto da reação no ânodo.
❌ Alternativa B – O₂ (g):
- O oxigênio entra no sistema pelo cátodo e sofre redução, então não pode ser um produto do ânodo.
❌ Alternativa C – H₂O (l):
- A água participa da reação no cátodo, mas não é formada no ânodo.
❌ Alternativa D – OH⁻ (aq):
- Os íons hidroxila participam da reação no ânodo, mas o produto final é Zn(OH)₄²⁻.
⚠ Dica Geral: Em reações eletroquímicas, lembre-se: ânodo = oxidação, cátodo = redução.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
✅ Conclusão:
A bateria de zinco-ar opera por uma reação eletroquímica onde o ânodo é responsável pela oxidação do zinco, formando um complexo com hidróxido, Zn(OH)₄²⁻.
🔍 Resumo Final:
- O ânodo é o eletrodo onde ocorre oxidação, ou seja, perda de elétrons.
- O zinco metálico (Zn) é oxidado a Zn²⁺ e reage com OH⁻, formando o íon Zn(OH)₄²⁻.
- O cátodo é onde ocorre redução, e o oxigênio reage formando OH⁻.
- A espécie formada no ânodo é Zn(OH)₄²⁻, confirmando a alternativa E.
✅ Alternativa correta: E
