Eletrólise e Célula Combustível: Viabilidade da Produção e Armazenamento de Energia a partir da Água

COLÉGIO OBJETIVO DE MOGI DAS CRUZES

 

 

Amanda Ayumi Hirano Harada – 1M3

Giovanna Melo Chavez Zambrana – 1M3

Laís Mika Yuta – 1M3

Tomáz Maia Suller – 1M3

Matheus Tahan Cunha – 1M2

ELETRÓLISE E CÉLULA COMBUSTÍVEL: VIABILIDADE DA PRODUÇÃO E ARMAZENAMENTO DE ENERGIA A PARTIR DA ÁGUA

MOGI DAS CRUZES

2017

 COLÉGIO OBJETIVO DE MOGI DAS CRUZES

Amanda Ayumi Hirano Harada –1M3

Giovanna Melo Chavez Zambrana –1M3

Laís Mika Yuta –1M3

Matheus Tahan Cunha –1M2

Tomáz Maia Suller –1M3

ELETRÓLISE E CÉLULA COMBUSTÍVEL: VIABILIDADE DA PRODUÇÃO E ARMAZENAMENTO DE ENERGIA A PARTIR DA ÁGUA

DISCIPLINA/PROFESSOR(A): Química / Professor Abreu

 

AVALIAÇÃO: ____________________                     ______________

                              Nome do professor(a)                             Nota atribuída

MOGI DAS CRUZES

2017

 1 - Introdução

O hidrogênio é um dos mais abundantes elementos do universo. Por meio da eletrólise e célula combustível, podemos na Terra usufruir deste elemento leve e com grande capacidade de armazenamento de energia em sua forma gasosa (H2) de modo eficiente e limpo. Apesar de sua utilização presente como componente vital da indústria em diversos setores, seu maior potencial - o energético - ainda não é completamente explorado. Isso pode mudar no futuro próximo: cada vez mais pesquisadores descobrem maneiras mais eficientes e inovadoras de utilizarem-no na produção de energia, possivelmente libertando a humanidade dos combustíveis fósseis e seus nocivos efeitos sobre o meio ambiente, possibilitando um futuro mais limpo e eficiente no âmbito energético. Explicaremos neste trabalho os métodos já desenvolvidos visando essa meta ambiciosa: utilizando a eletrólise,  que consiste na separação dos átomos que formam a água (H2O),  obtendo-se o hidrogênio e oxigênio; e a célula combustível, produzindo energia elétrica de forma menos nociva ao ambiente com foco na utilização industrial e futuramente doméstica desse método. Em  suma, o objetivo é obter o próprio hidrogênio de uma forma eficiente e então aplicá-lo para outras diversas finalidades (geralmente utilizado como combustível já que, além de ser leve, sua queima produz água novamente).

 

 

 

2 -   Desenvolvimento e Metodologia do Trabalho

 

2.1 - Características Eletrônicas da Água

A água, uma vez que é a base do desenvolvimento deste artigo, necessita de análise aprofundada a fim de esclarecer eventuais conceitos essenciais para o procedimento da tese que segue.

A substância, cuja fórmula química é H2O, é composta apenas por dois elementos químicos: o hidrogênio e o oxigênio, cada qual com características distintas. Este é elemento de número atômico 8, valência 6 (seis elétrons na camada L ou 2) e pertencente à família dos Calcogênios, sendo ademais um dos elementos mais eletronegativos conhecidos - fato que contribui para a peculiaridade da molécula a seguir exposta; aquele é o elemento mais básico da tabela periódica, sendo que em sua forma mais básica apenas um próton e um elétron possui, tendo, pois, número atômico 1 e valência 1 (um elétron na camada K ou 1), não pertencendo a grupo algum e possuindo eletropositividade elevada.

O composto covalente formado pelas duas substâncias (Fig. 1)  descritas possui é denominado polar devido à disparidade entre a quantidade de elétrons de valência presente em cada um dos átomos conforme descrito acima, fazendo com que o oxigênio adquira carga parcial negativa e cada hidrogênio, positiva. [pic 1]

Fig. 1 - Molécula de água, representando os

traços as ligações covalentes.

Fonte: http://quimicaparatodosuevora.blogspot

.com.br/2011/02/agua.html - 20/05/2017

O fenômeno descrito é reforçado devido à diferença na capacidade de atração de elétrons entre os elementos - o átomo oxigênio, segundo mais eletronegativo elemento químico, atrai o par de elétrons compartilhado entre este e os dois átomos de hidrogênio mais perto daquele.

A polaridade das moléculas de H2O resulta em um tipo de ligação intermolecular denominada ligação de hidrogênio (Fig. 2), afetando a separação evidenciada na eletrólise. No caso específico da água, os átomos de hidrogênio, os quais possuem carga parcial positiva conforme mencionado, e os de oxigênio, com carga parcial negativa, atraem-se devido à diferença parcial entre sua cargas.  

Fig. 2 - Representação de duas moléculas de H2O compondo uma ligação de hidrogênio (linha tracejada). Esferas brancas representam átomos de hidrogênio, enquanto vermelhas representam oxigênio.[pic 2]

Fonte: http://www.pontociencia.org

.br/galeria/?content%2Fpictures

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Ao-de-hidrogenio-cargas.jpg - 20/05/2017

O monóxido de dihidrogênio, apesar de sua considerável capacidade de conduzir corrente elétrica, que possibilita a eletrólise, pode ser melhor aproveitado com a adição de substâncias denominadas eletrólitos à substância, os quais em sua maioria são compostos iônicos.

2.2 - Eletrólise da Água e suas Aplicações

A eletrólise é conduzida por meio da criação de diferença de potencial elétrico entre dois condutores metálicos, a qual provém de uma fonte externa de energia - uma bateria, por exemplo - que seja capaz de gerar corrente contínua (DC na sigla inglesa). O eletrodo conectado ao polo negativo da bateria é chamado cátodo, e o conectado ao polo positivo, ânodo.