O Instituto Luiz Coimbra (UFRJ) lançou o primeiro ônibus urbano movido a hidrogênio do Hemisfério Sul, com tecnologia inteiramente nacional. Sua tração provém de três fontes de energia, sendo uma delas a pilha de combustível, na qual o hidrogênio, gerado por um processo eletroquímico, reage com o oxigênio do ar, formando água.
FRAGA, I. Disponível em: http://cienciahoje.uol.com.br. Acesso em: 20 jul. 2010 (adaptado).
A transformação de energia que ocorre na pilha de combustível responsável pelo movimento do ônibus decorre da energia cinética oriunda do(a)
A) calor absorvido na produção de água.
B) expansão gasosa causada pela produção de água.
C) calor liberado pela reação entre o hidrogênio e o oxigênio.
D) contração gasosa causada pela reação entre o hidrogênio e o oxigênio.
E) eletricidade gerada pela reação de oxirredução do hidrogênio com o oxigênio.
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
– Química (Eletroquímica: pilhas e reações de oxirredução)
– Física (transformação de energia – energia elétrica e cinética)
🎯 Tema/Objetivo Geral:
Identificar a transformação de energia que ocorre em uma célula de combustível a hidrogênio.
🎯 Nível da Questão:
Fácil. A questão exige conhecimento direto da função e do princípio de funcionamento das pilhas a hidrogênio, sem exigir cálculos ou deduções complexas. É conteúdo típico de eletroquímica do ensino médio.
✅ Gabarito:
Letra E.
Correta porque a pilha de combustível converte a energia química da reação entre o hidrogênio e o oxigênio em energia elétrica, que, por sua vez, move o ônibus por meio de energia cinética.
🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
1.1 Transcrição Essencial 📌
“A transformação de energia que ocorre na pilha de combustível responsável pelo movimento do ônibus decorre da energia cinética oriunda do(a)…”
1.2 O que está sendo pedido? 📌
Identificar a origem da energia que impulsiona o ônibus, explicando o tipo de transformação envolvida na pilha de combustível.
1.3 Objetivo Cristalino 📌
Reconhecer que a energia química da reação entre hidrogênio e oxigênio é transformada em energia elétrica, e essa eletricidade gera movimento (energia cinética).
1.4 Pergunta de Atenção ✔
Você lembra qual é a principal função de uma pilha combustível e qual é a **forma de energia que ela gera diretamente?
📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
2.1 Definições e Fórmulas / explicação de termos 📌
Pilha de combustível (ou célula a combustível):
– Dispositivo eletroquímico que converte energia química em energia elétrica de forma contínua, sem combustão direta.
Reação envolvida (forma global):
- H2+1/2 O2→H2O
→ Essa reação é uma oxirredução:
– Hidrogênio é oxidado (perde elétrons)
– Oxigênio é reduzido (ganha elétrons)
Transformação energética:
– Energia química da reação → corrente elétrica
– Corrente elétrica → movimenta motores → energia cinética
Resumo:
→ Reação química = gera elétrons em movimento
→ Elétrons fluindo = eletricidade
→ Eletricidade alimenta o motor = movimento do ônibus
📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
3.1 Contextualização Simplificada 📌
Um ônibus é movido a partir de uma pilha de hidrogênio, que gera energia elétrica pela reação entre hidrogênio e oxigênio. A questão quer saber de onde vem a energia que gera o movimento.
3.2 Estratégia Geral 📌
→ Entender que a pilha converte energia química em elétrica
→ A elétrica alimenta os motores do ônibus → movimento
→ A origem da energia cinética do ônibus é a eletricidade gerada pela pilha
🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
4.1 Passo a Passo Detalhado 📌
1. O que acontece na pilha?
→ Hidrogênio entra na célula e sofre oxidação:
- H2→2H++2e−
→ Oxigênio entra e sofre redução:
- 1/2O2+2H++2e−→H2O
2. O que é gerado?
→ Elétrons fluem num circuito externo → gera eletricidade
3. Como isso move o ônibus?
→ A eletricidade alimenta um motor elétrico → motor gira → ônibus se move → energia cinética
4.2 Verificação Intermediária 📌
A fonte da energia cinética não é calor, nem expansão gasosa: é a corrente elétrica gerada pela reação química.
4.3 Possível armadilha ❓/ ✔
Você pode ter se confundido com a ideia de produção de água ou liberação de calor.
⚠️ Cuidado! A energia térmica não é aproveitada nesse processo → o que interessa é a eletricidade gerada.
4.4 Fechamento e Expectativa
A alternativa correta precisa relacionar a energia do movimento (cinética) com a eletricidade gerada pela reação de oxirredução.
✅ Passo 5: Análise das Alternativas
5.1 Listagem das Alternativas
A) Calor absorvido na produção de água
B) Expansão gasosa causada pela produção de água
C) Calor liberado pela reação entre hidrogênio e oxigênio
D) Contração gasosa causada pela reação
E) Eletricidade gerada pela reação de oxirredução entre hidrogênio e oxigênio
5.2 Justificativa Individual
🔴 A)
Errada. A produção de água ocorre, mas o calor gerado não é a principal fonte da energia aproveitada.
🔴 B)
Errada. Não há expansão gasosa relevante no processo. O movimento não decorre disso.
🔴 C)
Errada. Embora a reação libere energia, o calor não é o que movimenta o ônibus — o motor é elétrico.
🔴 D)
Errada. A contração ou expansão do volume dos gases não é significativa e não gera movimento.
🟢 E)
Correta. A eletricidade gerada na reação de oxirredução move o motor elétrico → gera o movimento (energia cinética).
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
6.1 Resumo do Raciocínio 📌
O movimento do ônibus é resultado da corrente elétrica gerada pela reação química entre o hidrogênio e o oxigênio na pilha de combustível.
6.2 Gabarito Reafirmado 📌
✅ Alternativa correta: Letra E – Eletricidade gerada pela reação de oxirredução do hidrogênio com o oxigênio.
6.3 Resumo Final para Revisão 🔍
(⚡) Pilha de combustível: energia química → eletricidade → movimento.
