Questão 128 do ENEM 2024 — Química
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.
NAM, D.-H.; CHOI, K.-S. Bismuth as a New Chloride-Storage Electrode Enabling the Construction of a Practical High Capacity Desalination Battery. Journal of the American Chemical Society, n. 139, 2017 (adaptado).
Durante a dessalinização da água por eletrólise ocorre a formação de
Resolução comentada
A questão pede o que se forma durante a dessalinização por eletrólise no dispositivo com eletrodos de bismuto e titânio, o que exige identificar as semirreações de oxidação (ânodo) e de redução (cátodo).
Em eletrólise, o ânodo é o polo positivo, onde ocorre oxidação, e o cátodo é o polo negativo, onde ocorre redução. O objetivo é retirar íons da água do mar: o cloreto (Cl⁻) é capturado no eletrodo de bismuto e o sódio (Na⁺) no eletrodo de titânio e fosfato, como mostra o esquema.
Semirreações:
Ânodo (oxidação): Bi + Cl⁻ + H₂O → BiOCl + 2 H⁺ + 3 e⁻ (o bismuto metálico é oxidado e o cloreto fica retido no sólido BiOCl)
Cátodo (redução): NaTi₂(PO₄)₃ + 2 Na⁺ + 2 e⁻ → Na₃Ti₂(PO₄)₃ (o sódio fica retido no eletrodo).
A resposta é BiOCl formado no ânodo. O bismuto metálico (Bi) é consumido, e não formado, no polo positivo durante a dessalinização. Não se forma H₂ no cátodo nem O₂ no polo negativo, porque os íons são capturados nos próprios eletrodos, e, de todo modo, o O₂ seria produzido no polo positivo. Por fim, o Na₃Ti₂(PO₄)₃ aparece no cátodo, e não no ânodo, pois é produto de uma redução.