Placas solares comuns dependem de dias ensolarados para gerar energia. Mas podemos gerar eletricidade com a ajuda de gotas de chuva, revestindo placas solares com uma fina camada de grafeno. Os íons dissociados a partir da água da chuva 
tornam a combinação grafeno e água da chuva um par perfeito para geração de energia. O processo requer apenas uma camada de grafeno para que grande quantidade de elétrons 
se movimente ao longo da superfície.
TANG, Q. et al. A Solar Cell that is Triggered by Sun and Rain.
Angewandte Chemie International Edition, n. 55, 2016 (adaptado).
Ao produzir eletricidade em dias chuvosos, o grafeno
A) oxida os cátions dissolvidos na água da chuva.
B) impede a difusão da água através das placas solares.
C) diminui a energia de ativação da reação no pseudocapacitor.
D) forma um compósito não metálico com os íons na água da chuva.
E) gera uma diferença de potencial pela interação dos elétrons com os cátions
Resolução em texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- Física: Eletrostática e diferença de potencial.
- Química: Propriedades do grafeno e interação de íons.
Nível da Questão: Médio
Gabarito: Letra E
1º Passo: Análise do Comando e Definição do Objetivo
- Comando da Questão: Identificar o mecanismo pelo qual o grafeno gera eletricidade em dias chuvosos.
- Palavras-chave:
- “Grafeno”
- “Íons dissociados”
- “Diferença de potencial”
- “Eletricidade”
- Objetivo: Compreender o funcionamento das propriedades do grafeno, que permite a movimentação de elétrons gerando diferença de potencial em interação com íons da água da chuva.
- Dica Geral: ⚠️ Foque nas propriedades do grafeno e na movimentação dos elétrons causada pela interação com cátions e ânions. A energia gerada está associada à diferença de potencial, e não a reações químicas complexas.
2º Passo: Tradução e Interpretação do Texto
O texto explica que, ao cobrir placas solares com uma camada fina de grafeno, a interação com íons dissociados da água da chuva cria uma diferença de potencial elétrico. Os cátions (Am⁺) e ânions (Bn⁻) da água interagem com os elétrons disponíveis no grafeno, gerando movimento de carga e, consequentemente, energia elétrica.
- Conclusão parcial: O grafeno, em contato com a água da chuva, gera uma diferença de potencial elétrico devido à interação dos elétrons com os íons dissociados.
3º Passo: Explicação de Conceitos Necessários
- Grafeno: O grafeno é um material formado por uma camada única de átomos de carbono organizados em uma estrutura hexagonal. Ele é altamente condutor de eletricidade devido à presença de elétrons livres que podem se movimentar em sua superfície.
- Íons Dissociados: Quando a água da chuva entra em contato com substâncias presentes no ambiente, moléculas se dissociam em cátions (Am⁺) e ânions (Bn⁻), que são capazes de interagir eletricamente com outros materiais.
- Diferença de Potencial: É criada quando há uma separação de cargas, como no caso do grafeno interagindo com os íons. Essa separação promove a movimentação de elétrons, gerando corrente elétrica.
- Princípio da Geração de Eletricidade: O grafeno, ao estabelecer uma interface com a água, facilita o movimento de elétrons induzido pelos íons dissociados. Isso ocorre sem a necessidade de luz solar direta.
4º Passo: Análise das Alternativas
- A) Oxida os cátions dissolvidos na água da chuva.
- Incorreta. O grafeno não reage quimicamente com os íons, apenas interage eletrostaticamente, gerando diferença de potencial.
- B) Impede a difusão da água através das placas solares.
- Incorreta. O grafeno não bloqueia a difusão da água, mas facilita a interação elétrica com os íons dissolvidos.
- C) Diminui a energia de ativação da reação no pseudocapacitor.
- Incorreta. O processo descrito não envolve reações químicas dependentes de energia de ativação.
- D) Forma um compósito não metálico com os íons na água da chuva.
- Incorreta. Não há formação de compósitos ou materiais novos; o grafeno atua como condutor.
- E) Gera uma diferença de potencial pela interação dos elétrons com os cátions.
- Correta. A interação entre os elétrons livres do grafeno e os íons na água da chuva cria uma diferença de potencial, gerando eletricidade.
- Dica Geral: ⚠️ Em questões de eletricidade, lembre-se de que a diferença de potencial surge de interações entre cargas elétricas, especialmente em materiais condutores.
5º Passo: Conclusão e Justificativa Final
Resumo Final: O grafeno, ao interagir com cátions e ânions dissociados da água da chuva, facilita a movimentação de elétrons em sua superfície, criando uma diferença de potencial que resulta na geração de eletricidade.
Conclusão: A alternativa correta é a E, pois o grafeno gera uma diferença de potencial ao interagir eletricamente com os íons presentes na água da chuva.
