Química – Ciscato, Pereira, Chemello e Proti

. Acesso em: fev. 2016.

A seguir estão apresentadas de maneira simplificada as equações de oxidação e de redução que ocorrem na pilha.

Al(s) + 7 AlCl₄⁻(solv) ⇌ 4 Al₂Cl₇⁻(solv) + 3 e⁻

C_n[AlCl₄](s) + e⁻ ⇌ C_n(s) + AlCl₄⁻(solv)

O eletrólito usado pelos pesquisadores era não aquoso, constituído por cloreto de alumínio/cloreto de 1-etil-3-metil-imidazólio, sendo este último um sal derivado de composto orgânico.

Sobre a bateria ultrarrápida e seu provável funcionamento, responda em seu caderno se as afirmações a seguir são verdadeiras (V) ou falsas (F).

( ) No ânodo, o alumínio metálico é oxidado e seu número de oxidação aumenta de zero para +4.

( ) O ânodo de alumínio é o polo positivo.

( ) A equação global da pilha é: Al(s) + 4 AlCl₄⁻(solv) + 3 C_n[AlCl₄](s) ⇌ 3 C_n(s) + 4 Al₂Cl₇⁻(solv)

( ) No cátodo, polo positivo da pilha, ocorre a redução do carbono no grafite.

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14 A poluição ambiental é um problema que vem sendo discutido há algumas décadas. Uma das fontes mais significativas de poluição é a emissão de gases durante a queima de combustíveis, como a que ocorre em veículos equipados com motores a combustão interna. Para reduzir essa emissão de gases, pesquisadores procuram desenvolver veículos que utilizem formas alternativas de energia, por exemplo, os carros elétricos.

Um exemplo foi um carro desenvolvido pela indústria estadunidense na década de 1990. Ele era equipado com uma bateria recarregável de sódio-enxofre. A função dessa bateria, que apresentava reagentes líquidos (sódio e enxofre) e um eletrólito sólido (uma cerâmica porosa de óxido de alumínio), era gerar a corrente elétrica responsável pelo funcionamento do motor do veículo. Em razão de problemas como o tempo de recarga elevado (cerca de seis horas) e por ser altamente perigosa em caso de defeito, seu uso em veículos automotivos foi abandonado.

Dados os potenciais padrão de redução (a 350 °C) a seguir:

Na⁺(l) + e⁻ ⇌ Na(l) E°_red = −2,7 V

S(l) + 2 e⁻ ⇌ S²⁻(l) E°_red= −0,5V

indique em seu caderno qual é a afirmação incorreta referente ao funcionamento da bateria de sódio-enxofre.

a) O eletrodo de sódio constitui o ânodo.

b) Cada átomo de enxofre recebe dois elétrons.

c) Uma associação de cinco pilhas de sódio-enxofre em série seria incapaz de substituir as baterias de chumbo, que possuem uma ddp de 12 V.

d) A equação global é: 2 Na(l) + S(l) ⇌ 2 Na⁺(l) + S²⁻(l)

e) Considerando o balanceamento, a equação e o potencial da reação de oxidação do sódio são: 2 Na(l) ⇌ 2 Na⁺(l) + 2 e⁻ E°_oxi = +5,4 V

15 (Unesp) A hidrazina, substância com fórmula molecular N₂H₄, é um líquido bastante reativo na forma pura. Na forma de seu monoidrato, N₂H₄• H₂O, a hidrazina é bem menos reativa que na forma pura e, por isso, de manipulação mais fácil. Devido às suas propriedades físicas e químicas, além de sua utilização em vários processos industriais, a hidrazina também é utilizada como combustível de foguetes e naves espaciais, e em células de combustível.

Observe o esquema de uma célula de combustível de hidrazina monoidratada/oxigênio do ar em funcionamento, conectada a um circuito elétrico externo. No compartimento representado no lado esquerdo do esquema é introduzido apenas o reagente N₂H₄• H₂O, obtendo-se os produtos N₂(g) e H₂O(l) em sua saída. No compartimento representado no lado direito do esquema são introduzidos os reagentes O₂(g) e H₂O(l), sendo H₂O(l) consumido apenas parcialmente na semirreação e seu excesso liberado inalterado na saída do compartimento.

adilson secco

Representação sem escala; cores fantasia.

Escreva a equação química balanceada que representa a reação global que ocorre durante o funcionamento dessa célula de combustível e indique os estados de oxidação, nos reagentes e nos produtos, do elemento que é oxidado nesse processo.
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16 O rádio (Ra) é o metal alcalinoterroso de maior número atômico da tabela periódica atual. Ele foi obtido como substância pura a partir do cloreto de rádio pela primeira vez em 1902, pelo casal Marie Curie (1867-1934) e Pierre Curie (1895-1906), por meio da eletrólise ígnea desse sal. Copie a tabela a seguir em seu caderno e complete-a com as equações envolvidas na eletrólise realizada pelo casal Curie.

Dissociação do sal
Semirreação de oxidação
Semirreação de redução
Reação global

17 Um estudante montou um arranjo experimental para investigar a condutividade elétrica de algumas soluções aquosas. Para isso, ele usou diferentes soluções aquosas, uma fonte de energia elétrica (representada na ilustração por ) e um amperímetro (indicado na ilustração pela letra A), conforme esquematizado ao lado.

Os resultados experimentais foram apresentados na tabela a seguir.

Experimento	Soluto	Corrente medida	Observações visuais
A	Açúcar (C12H22O11)	Zero	Não houve alteração perceptível.
B	Ácido sulfúrico (H2SO4(aq))	0,5 A	Houve produção de gases em ambos os eletrodos.
C	Sulfato de cobre(II) (CuSO4)	0,5 A	Houve produção de gás em um eletrodo e houve deposição de cobre no outro eletrodo.

Representação sem escala; cores fantasia.

É correto afirmar que:

a) não houve reação em A, pois o açúcar é um bom condutor de corrente elétrica quando dissolvido em água.

b) os gases produzidos em B são o hidrogênio e o dióxido de enxofre.

c) o gás produzido em C é o trióxido de enxofre.

d) em C, a deposição de cobre metálico ocorreu no cátodo.

18 Considere uma indústria que deseja depositar uma camada de crômio em uma colher de alumínio por meio de uma eletrólise aquosa. O esquema abaixo ilustra simplificadamente esse processo.



ilustrações: adilson secco

Representação sem escala; cores fantasia.

A massa da colher originalmente é de 55 g e, após a deposição de crômio, a massa deve ser igual a 61,5g. A partir de uma célula eletrolítica que opera com uma corrente de 250 A, determine o tempo, em segundos, que a colher deve ficar submersa na solução, sendo submetida à eletrólise.

[Massa molar do Cr = 52 g/mol; 1 F = 96.500 C.]

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19 (Fuvest-SP) A determinação da carga do elétron pode ser feita por método eletroquímico, utilizando a aparelhagem representada na figura abaixo.

ADILSON SECCO

Representação sem escala; cores fantasia.

Duas placas de zinco são mergulhadas em uma solução aquosa de sulfato de zinco(ZnSO₄). Uma das placas é conectada ao polo positivo de uma bateria. A corrente que flui pelo circuito é medida por um amperímetro inserido entre a outra placa de Zn e o polo negativo da bateria.

A massa das placas é medida antes e depois da passagem de corrente elétrica por determinado tempo. Em um experimento, utilizando essa aparelhagem, observou-se que a massa da placa, conectada ao polo positivo da bateria, diminuiu de 0,0327g. Este foi, também, o aumento de massa da placa conectada ao polo negativo.

a) Descreva o que aconteceu na placa em que houve perda de massa e também o que aconteceu na placa em que houve ganho de massa.

b) Calcule a quantidade de matéria de elétrons (em mol) envolvida na variação de massa que ocorreu em uma das placas do experimento descrito.

c) Nesse experimento, fluiu pelo circuito uma corrente de 0,050 A durante 1.920 s.

Utilizando esses resultados experimentais, calcule a carga de um elétron.

[Massa molar do Zn = 65,4 g ⋅ mol⁻¹; constante de Avogadro = 6,0 ⋅ 10²³ mol ⁻¹.]

20 No bafômetro baseado no princípio da pilha combustível, o etanol é oxidado em meio ácido sobre um disco plástico coberto com pó de platina como catalisador da reação. Em cada lado desse disco poroso há um eletrodo conectado. As semirreações envolvidas são:

C₂H₆O(g) ⇌ C₂H₄O(g) + 2 e⁻ + 2 H⁺(aq) O₂(g) + 4 H⁺(aq) + 4 e⁻ ⇌ 2 H₂O(l)

A troca de elétrons entre as espécies químicas envolvidas gera uma corrente elétrica que pode ser medida. Quanto maior o teor alcoólico expirado pela pessoa submetida ao teste, maior será a corrente. Se a corrente medida durante o intervalo de tempo de 30 segundos em 100 mL de ar expirado tiver sido de 1,0 ⋅10⁻² A, a concentração aproximada de etanol em μg/L no ar expirado pela pessoa era de:

[Carga de 1,0 mol de elétrons = 96.500 C; Q = i ⋅ t; μ = 10⁻⁶; massa molar do etanol = 46 g/mol.]

a) 720 μg/L e a reação de oxidação do etanol acontecerá no ânodo do bafômetro.

b) 720 μg/L e a reação de oxidação do etanol acontecerá no polo positivo do bafômetro.

c) 360 μg/L e a reação de oxidação do etanol acontecerá no cátodo do bafômetro.

d) 360 μg/L e a reação de redução do oxigênio acontecerá no polo positivo do bafômetro.

e) 360 μg/L e o fluxo de elétrons acontecerá do polo negativo para o positivo do bafômetro.

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Atividade em grupo

Responda em seu caderno

Conscientizando a comunidade escolar sobre o correto descarte de pilhas e baterias

Conforme estudado neste capítulo, pilhas e baterias não devem ser descartadas no lixo comum, mas, sim, em recipientes exclusivos para recolhimento desses dispositivos, que podem ser encontrados em muitos pontos de coleta. Mas será que a população está devidamente informada a respeito do descarte de pilhas e baterias e dos perigos do descarte incorreto? Além disso, será que as pessoas sabem como funciona uma pilha ou bateria e que alguns dos seus constituintes podem acarretar danos à saúde e ao meio ambiente?

Instruções

Para responder às perguntas feitas anteriormente, formem grupos com cerca de cinco integrantes para realizar uma pesquisa. Cada grupo deverá entrevistar pelo menos vinte pessoas conhecidas, como familiares, vizinhos e amigos. Deve-se anotar nome, idade e profissão.

Nessa pesquisa, o entrevistado deve responder às seguintes perguntas:

a Você saberia dizer por que pilhas e baterias utilizadas não podem ser descartadas no lixo comum?

b Você saberia indicar um ponto de coleta de pilhas e baterias próximo de sua casa?

c Você saberia definir o que é uma pilha ou bateria?

d Você saberia dizer quais metais, constituintes de pilhas e baterias, são prejudiciais aos seres vivos?

Exposição dos resultados

Após a pesquisa, organizem os dados e calculem a porcentagem de pessoas que responderam sim ou não às perguntas. Os valores de porcentagem devem ser dispostos em um gráfico do tipo pizza. Isso pode ser feito nos computadores disponíveis na escola. Com base nessa análise, desenvolvam uma campanha de marketing sobre o descarte correto de pilhas e baterias.

A campanha de marketing deverá apresentar panfletos explicando o que é uma pilha, que substâncias de sua composição são tóxicas e a importância do seu descarte adequado. Em um dia estipulado pelo professor, distribuam os panfletos e peçam aos demais alunos que tragam de casa pilhas e baterias que não são mais utilizadas. Elas serão armazenadas em local apropriado para que, em uma data a ser combinada, uma comissão com pelo menos um representante de cada turma envolvida com o projeto as leve até o ponto de coleta mais próximo da escola.

Além dos panfletos, deverá ser elaborado um vídeo informativo de no máximo três minutos focado em conscientizar a população sobre o problema do lixo eletrônico gerado pelas pilhas e orientá-la sobre como o descarte desse lixo deve ser realizado. Cada grupo será responsável por um vídeo.

Para isso, usem ferramentas que contribuam para a elaboração do vídeo, como imagens relacionadas ao descarte adequado e inadequado de pilhas, trechos das entrevistas, jingles e canções.

A filmagem, edição e sonorização poderão ser feitas com celulares e recursos disponíveis na internet. Se necessário, peçam auxílio ao professor de Língua Portuguesa. Antes da filmagem, preparem um roteiro do que pretendem fazer e osubmetam à avaliação do professor.

Concluídos os vídeos, divulguem-nos na sala de aula em dia determinado pelo professor (mesmo dia da distribuição dos panfletos) e entre seus amigos e familiares. assim, estarão colaborando para a conscientização de parte população com relação a esse grave problema ambiental.
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Capítulo 4
Estudo cinético da formação e depleção do ozônio



Blend Images/Getty Images

Embora a Terra possua uma proteção natural contra alguns tipos de radiação solar, conhecida como camada de ozônio, o uso de protetor solar é fundamental para a prevenção de doenças, como o câncer de pele, consequência, em alguns casos, da exposição excessiva à radiação solar.

Neste capítulo, serão estudados os fatores que influenciam a rapidez de uma reação e, a partir deles, será discutido como aumentar ou retardar a taxa de uma transformação química. Sob a temática do ozônio, serão abordados aspectos quantitativos relativos à rapidez das reações químicas e as relações estequiométricas que ali se estabelecem, além dos modelos submicroscópicos concebidos para explicar a ocorrência das reações em diferentes taxas.

Ozônio

Camada de ozônio

Em 1840, o químico germânico-suíço Christian Friedrich Schönbein (1799-1868), ao realizar experimentos com descargas elétricas no laboratório, percebeu que o gás desprendido nesses experimentos possuía um odor forte, por isso o chamou de ozônio (do grego ózon, cheiro). Porém, apenas em 1856 demonstrou-se que esse gás era formado somente por átomos do elemento químico oxigênio e, em 1865, que suas moléculas continham três átomos desse elemento (fórmula molecular: O₃). Décadas mais tarde, o químico inglês Walter Noel Hartley (1845-1913) constatou que o ozônio era responsável pela absorção de parte da radiação ultravioleta (UV) proveniente do Sol.

A popularmente conhecida camada de ozônio formou-se na atmosfera terrestre há aproximadamente 2 bilhões de anos. Com o aparecimento dos primeiros organismos fotossintetizantes, que geravam gás oxigênio ao produzirem seu próprio alimento, o teor desse gás na atmosfera aumentou. Com a intensa e energética radiação ultravioleta proveniente do Sol, uma parte do gás oxigênio foi transformada em gás ozônio, o qual, por sua vez, também pode ser transformado em gás oxigênio. Dois fatores que influenciam o teor de gás ozônio na atmosfera são: a altitude e a temperatura. O gráfico na página seguinte mostra o teor de gás ozônio na atmosfera em função da altitude.
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A concentração de ozônio é pequena e praticamente não varia do solo até 15 km de altitude (troposfera); na região entre 15 km e 50 km (estratosfera), atinge seu valor máximo. Acima dessa camada, decresce exponencialmente com a altitude até atingir, em torno dos 90 km acima do solo, níveis muito baixos. A região com maior teor de ozônio na estratosfera é conhecida como camada de ozônio. É nessa faixa que ocorre a maior absorção de radiação UV oriunda do Sol. A camada de ozônio absorve completamente os raios UV-C e boa parte dos raios UV-B, formas mais prejudiciais da radiação UV. No entanto, praticamente todos os raios UV-A, o tipo menos energético, conseguem ultrapassá-la. Essa radiação participa da produção de vitamina D e também da produção de melanina, pigmento que dá cor à pele. Na estratosfera, a presença do ozônio é, portanto, benéfica à saúde dos organismos vivos.

Os seres humanos, que estão em constante exposição aos raios solares, podem apresentar consequências nocivas da radiação ultravioleta, como eritemas (queimaduras), envelhecimento precoce, redução da eficiência do sistema imunológico, câncer de pele. Ao longo do tempo, a radiação UV-B absorvida pela córnea e pela lente dos olhos induz a produção de substâncias que modificam as moléculas estruturais podendo causar cataratas, uma condição em que a lente se torna opaca, causando cegueira parcial ou completa.

Porém, os seres humanos não são os únicos seres vivos atingidos pela radiação UV. Vários estudos têm demonstrado o efeito do aumento da radiação UV-B sobre diferentes ecossistemas, como águas superficiais, e organismos, como fungos e plantas terrestres.

LUIZ RUBIO

Fonte: NASA. Disponível em: