As naves espaciais utilizam pilhas de combustível, alimentadas por oxigênio e hidrogênio, as quais, além de fornecerem a energia necessária para a operação das naves, produzem água, utilizada pelos tripulantes. Essas pilhas usam, como eletrólito, o KOH(aq), de modo que todas as reações ocorrem em meio alcalino. A troca de elétrons se dá na superfície de um material poroso. Um esquema dessas pilhas, com o material poroso representado na cor cinza, é apresentado a seguir.
Escrevendo as equações das semirreações que ocorrem nessas pilhas de combustível, verifica-se que, nesse esquema, as setas com as letras a e b indicam, respectivamente, o sentido de movimento dos
a) íons OH- e dos elétrons.
b) elétrons e dos íons OH-.
c) íons K+ e dos elétrons.
d) elétrons e dos íons K+.
e) elétrons e dos íons H+.
Soluções para a tarefa
Conforme é possível observar no esquema, a seta denominada “a” representa o movimento do elétron indo do anodo, que é o polo negativo, para o catodo, que é o polo positivo da pilha combustível.
Esse movimento acontece devido à oxidação sofrida pelo hidrogênio no anodo.
Neste caso temos “a” = elétrons.
Fazendo uso do método do íon-elétron, podemos constatar que a semirreação de oxidação através do meio básico é
H2 → 2H+ + 2e¯
Se for adicionado aos dois membros o componente OH¯, teremos:
H2 + 2OH¯ → 2H+ + 2OH¯ + 2e¯
H2 + 2OH¯ → 2H2O + 2e¯
Através da semirreação de redução por meio básico, origina-se o íon OH¯ .
O2 → 2H2O
O2 + 4H+ → 2H2O
Acrescentando o componente OH¯ aos membros, obtemos:
O2 + 4H+ + 4OH– + 4e¯ → 2H2O + 4OH¯
O2 + 2H2O + 4e¯ → 4OH¯
b = OH¯
Neste caso, a solução para o exercício é a letra B, uma vez que a seta "a" aponta o movimento dos elétrons e a seta "b" indica o movimento dos íons OH⁻.
Observação: atente para o fato de que os cations (K+) encaminham-se para o catodo, já os anions (OH¯) encaminham-se para o anodo.Olá!
Para resolver este exercício sem precisar escrever as semiequações, basta notar o sentido das cargas negativas. Como os elétrons circulam da esquerda para a direita, os ânions (OH−) circulam da direita para a esquerda.
As semiequações que ocorrem nesta célula de combustível são:
Ânodo: H2 + 2OH− → 2H2O + 2e−
Cátodo: 1/2O2 + 2e− + H2O → 2OH−