O Instituto Luiz Coimbra (UFRJ) lançou o primeiro ônibus urbano…

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)

GABARITO: E

O funcionamento de um ônibus movido a hidrogênio via pilha de combustível baseia-se na conversão direta de energia química em energia elétrica. Diferente dos motores de combustão interna, onde o combustível é queimado para gerar calor e expansão de gases, a pilha de combustível utiliza uma reação de oxirredução controlada entre o hidrogênio ($H_2$) e o oxigênio ($O_2$).

Nesse dispositivo, ocorrem as seguintes semirreações:

• No ânodo (oxidação): $2H_2 \rightarrow 4H^+ + 4e^-$
• No cátodo (redução): $O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O$
• Equação global: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

O fluxo de elétrons gerado na oxirredução constitui a corrente elétrica que alimenta um motor elétrico. Este motor, por sua vez, converte a energia elétrica em energia cinética para o deslocamento do veículo.

Análise das alternativas:

• Incorreta. O aluno confunde a natureza da reação, que é espontânea e exotérmica, assumindo que ela absorve calor para funcionar. Operação errada: inverte o sinal da entalpia de formação da água de $-286 \text{ kJ/mol}$ para $+286 \text{ kJ/mol}$.
• Incorreta. O aluno assume que o motor é de combustão interna, onde a expansão gasosa gera trabalho. Operação errada: ele calcula uma expansão volumétrica inexistente baseada na razão invertida de mols (3 mols de reagentes gasosos para 2 de produto, imaginando erroneamente $3/2 = 1,5$ de expansão em vez de contração).
• Incorreta. Embora a reação libere calor, em uma pilha de combustível a energia útil aproveitada para o movimento é a elétrica (energia livre de Gibbs). Operação errada: o aluno atribui o trabalho mecânico à dissipação térmica total ($\Delta H$) em vez da eletricidade produzida.
• Incorreta. Existe contração de volume na reação gasosa ($3 \text{ mols} \rightarrow 2 \text{ mols}$), mas isso não é o que traciona o motor. Operação errada: o aluno calcula a variação negativa de volume $\Delta V = -1$ mol e interpreta essa 'sucção' ou contração como a fonte de energia cinética.
• Correta. A eletricidade produzida pelo fluxo de elétrons na oxirredução do hidrogênio com o oxigênio é o que alimenta o motor elétrico, gerando energia cinética para o ônibus.