Questão 128 do Enem 2024: placa solar com grafeno que gera energia com a chuva

Enem 2024 · 2º dia · caderno azul · Química · Físico-química

Nos outros cadernos: amarelo 101 · verde 123 · cinza 99

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E gera uma diferença de potencial pela interação dos elétrons com os cátions.

Placas solares comuns dependem de dias ensolarados para gerar energia. Mas podemos gerar eletricidade com a ajuda de gotas de chuva, revestindo placas solares com uma fina camada de grafeno. Os íons dissociados a partir da água da chuva (Aᵐ⁺ e Bⁿ⁻) tornam a combinação grafeno e água da chuva um par perfeito para geração de energia. O processo requer apenas uma camada de grafeno para que grande quantidade de elétrons (e⁻) se movimente ao longo da superfície.

Gotas de chuva caem sobre uma placa solar coberta por grafeno. No detalhe, a camada fina de água sobre o grafeno: os cátions Aᵐ⁺ ficam junto aos elétrons do grafeno e os ânions Bⁿ⁻ ficam mais acima, na água. A região de cima é marcada como alto potencial elétrico e a de baixo, como baixo potencial elétrico

TANG, Q. et al. A Solar Cell that is Triggered by Sun and Rain. Angewandte Chemie International Edition, n. 55, 2016 (adaptado).

Ao produzir eletricidade em dias chuvosos, o grafeno

Tente antes de ler a resolução: toque numa alternativa.

Resolução comentada

O que a questão pede

Como o grafeno gera eletricidade com a chuva. A figura é a chave: ela mostra onde ficam as cargas e marca regiões de alto e baixo potencial elétrico.

O que a figura mostra

O grafeno tem muitos elétrons livres que se movem pela superfície;
A água da chuva traz íons dissolvidos: cátions (Aᵐ⁺) e ânions (Bⁿ⁻);
Os cátions são atraídos pelos elétrons do grafeno e se acomodam junto à superfície;
Os ânions ficam mais afastados, na água.

Forma-se uma camada dupla de cargas: elétrons de um lado, cátions do outro. É como um capacitor microscópico, por isso o texto original fala em “pseudocapacitor”.

Separação de cargas = diferença de potencial

Sempre que cargas positivas e negativas ficam separadas, aparece uma diferença de potencial (uma tensão) entre as regiões. A figura marca isso: alto potencial de um lado, baixo potencial do outro. Com uma diferença de potencial, é possível fazer corrente passar por um circuito e gerar eletricidade.

O grafeno é ótimo para isso porque é uma folha de carbono com a espessura de um único átomo, que conduz muito bem e tem muita superfície para os íons se acomodarem.

Alternativa E.

E Gabarito: alternativa E

Por que as outras alternativas estão erradas

A
Cátions como Na⁺ e Ca²⁺ já perderam elétrons; oxidá-los ainda mais não faz sentido aqui. E o texto não fala de reação química: os elétrons do grafeno apenas atraem os cátions, sem transferência de carga. (13,4% marcaram)
B
Impedir a passagem de água pode até acontecer, mas não gera eletricidade. A pergunta é sobre como o grafeno produz energia. (12,7% marcaram)
C
Diminuir energia de ativação é papel de catalisador, que acelera uma reação. O processo descrito não depende de reação química, e sim da separação de cargas. (10,5% marcaram)
D
Não há formação de um material novo. Os íons só se organizam junto à superfície do grafeno, atraídos pelos elétrons. (16,5% marcaram)

Raio-X da questão

Dados oficiais dos microdados do Inep: respostas de 3.002.203 candidatos que fizeram a prova.

Dificuldade pela TRIFácilParâmetro B: 538 pontosFácil abaixo de 600, média de 600 a 700, difícil a partir de 700. É a 42ª mais difícil de 44 questões válidas desta prova. O parâmetro B, na escala de notas do Enem (500 + 100 · b), é a nota em que o candidato passa a ter mais chance de acertar a questão do que de errar, sem contar o chute.

Acertaram46,7%dos candidatos marcaram a E

Habilidade 23 · Competência 6Avaliar possibilidades de geração, uso ou transformação de energia em ambientes específicos, considerando implicações éticas, ambientais, sociais e/ou econômicas.

Como os candidatos responderam

A13,4%
B12,7%
C10,5%
D16,5%
E46,7% ✓ gabarito

Em branco: 0,2% · Mais de uma marcada: 0,1%

Quanto acertaram, por nota em Ciências da Natureza

abaixo de 50030,9%
500 a 60060,3%
600 a 70084,9%
700 ou mais95,5%

Quando o acerto sobe muito de uma faixa para a outra, a questão separa bem quem domina o conteúdo de quem não domina. Na TRI, isso é o parâmetro de discriminação.

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