FUVEST 2020: O lítio foi identificado no século XIX a partir das observações do naturalista e estadista brasileiro José Bonifácio de Andrada e Silva

FUVEST 2020:  O lítio foi identificado no século XIX a partir das observações do naturalista e estadista brasileiro José Bonifácio de Andrad...

FUVEST 2020:  O lítio foi identificado no século XIX a partir das observações do naturalista e estadista brasileiro José Bonifácio de Andrada e Silva.

Em 2019, esse elemento ganhou destaque devido ao Prêmio Nobel de Química, entregue aos pesquisadores John Goodenough, Stanley Whittingham e Akira Yoshino pelas pesquisas que resultaram na bateria recarregável de íon lítio.

Durante o desenvolvimento dessa bateria, foi utilizado um eletrodo de CoO2(s) (semirreação I) em conjunto com um eletrodo de lítio metálico intercalado em grafita (LiC6(s)) (semirreação II) ou um eletrodo de lítio metálico (Li(s)) (semirreação III).

(I) CoO2(s) + Li⁺(aq) + 1e⁻ → LiCoO2(s)       E⁰ = + 1,00V
(II) Li⁺(aq) + C6(s) + 1e– → LiC6(s)              E⁰ = – 2,84V
(III) Li⁺(aq) + 1e⁻ → Li(s)                              E⁰ = – 3,04V

Considerando essas semirreações:

a) Escreva a reação global da bateria que utiliza o lítio metálico como um dos eletrodos.

b) Indique qual dos dois materiais, lítio metálico ou lítio metálico intercalado em grafita, será um agente redutor mais forte. Justifique com os valores de potencial de redução padrão.

Em 1800, José Bonifácio descobriu o mineral petalita, de fórmula XAlSi4O10 (na qual X é um metal alcalino). Em 1817, ao assumir que X = Na, o químico sueco Johan Arfwedson observou que a petalita apresentaria uma porcentagem de metal alcalino superior ao determinado experimentalmente. Ao não encontrar outros substitutos conhecidos que explicassem essa incongruência, ele percebeu que estava diante de um novo elemento químico, o Lítio (Li).

c) Explique, mostrando os cálculos, como a observação feita por Arfwedson permitiu descobrir que o elemento novo era o Lítio.

Note e adote:
Massas molares (g.mol⁻¹): Li = 7; O = 16;
Na = 23; Al = 27; Si = 28.
% em massa de Al na petalita: 8,8%.

QUESTÃO ANTERIOR:
- FUVEST 2020: O médico Hans Krebs e o químico Feodor Lynen foram laureados com o Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina em 1953 e 1964, respectivamente, por suas contribuições ao esclarecimento do mecanismo do catabolismo de açúcares e lipídios, que foi essencial à compreensão da obesidade.

RESOLUÇÃO:
a) Equação global utilizando lítio metálico como eletrodo. Mantendo a primeira semirreação e invertendo a terceira, temos:
3) : Li → Li⁺ + e⁻ + 3,04V
1) : CoO2 + Li+ + e⁻ → LiCoO2 + 1,00V
global: CoO2 + Li → LiCoO2 + 4,04V

b) O melhor redutor é o lítio metálico, pois o seu cátion (Li⁺) apresenta menor potencial de redução (–3,04V) que o lítio intercalado em grafita (–2,84V).

c) Considerando X a massa molar do metal alcalino, a massa molar do composto XAlSi4O10 será:

X + 27 + 112 + 160 = X + 299
X + 299 ––––– 100%
Al → 27 ––––– 8,8%
x = 7,8

A massa molar do elemento X determinada (7,8g/mol) por meio dos dados fornecidos é menor que a do sódio (23g/mol).

Conclusão: Deve haver um novo elemento com massa molar em torno de 7g/mol (lítio).

PRÓXIMA QUESTÃO:
- FUVEST 2020: Arla 32 é uma solução de aproximadamente 32 g de ureia (H2NCONH2) em 100 mL de água utilizada em veículos a diesel para diminuir as emissões de óxidos de nitrogênio (NO e NO2), que podem causar problemas ambientais quando em excesso na atmosfera.

QUESTÃO DISPONÍVEL EM:
- Prova FUVEST 2020 - 2º Fase, 2º Dia - com Resolução