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.