As duas maiores esperanças para as fontes de energia do futuro são as células a combustível por hidrogênio e as células por energia solar. O uso combinado das duas células, no qual usa-se a energia solar para quebrar moléculas de água na produção de gás hidrogênio e, posteriormente, abastecer células a combustível por hidrogênio, seria ideal, por ser particularmente limpo.

Esta é a chamada fotossíntese artificial, que vem sendo alvo de pesquisa de vários grupos de cientistas, ao redor do mundo.

Sobre o processo descrito, assinale a alternativa correta.

Alternativa correta: D

Tema central: fotossíntese artificial — uso de energia solar para promover reações químicas úteis, em especial a quebra da água (H2O) para gerar hidrogênio (H2), que pode alimentar células a combustível. Entender a diferença entre fotossíntese natural e artificial e o balanço energético da reação é essencial.

Resumo teórico rápido: A fotossíntese natural converte CO2 e H2O em carboidratos e O2 via vias bioquímicas complexas (reação endotérmica que usa fótons). A fotossíntese artificial busca usar fótons (ou eletrocatálise) para dividir água em H2 e O2 ou para reduzir CO2 a combustíveis simples (CO, metanol, etc.). A reação de água → H2 + 1/2 O2 é endergônica, logo requer aporte de energia (luz/eletricidade) e catalisadores (fonte: Lewis & Nocera, PNAS 2006; Nocera, Science 2012; revisões em Chemical Reviews).

Justificativa da alternativa correta (D): O enunciado menciona usar energia solar para quebrar água e produzir gás hidrogênio, que é usado em células a combustível — exatamente o objetivo descrito. Portanto, afirmar que uma finalidade é produzir H2 para células a combustível é correto e coerente com a ideia de fotossíntese artificial.

Análise das alternativas incorretas:

A — Incorreta. A fotossíntese artificial não é idêntica à natural; a natural produz glicose (ou outros carboidratos) e O2 via fixação de CO2. A artificial foca, em muitas abordagens, na produção de H2 ou combustíveis simples, não necessariamente glicose.

B — Incorreta/enganosamente formulada. Não é intrínseco ao processo produzir metais pesados tóxicos. Há desafios como uso de catalisadores caros ou raros (Pt, Ru, etc.), e questões de sustentabilidade, mas a produção de metais pesados tóxicos não é uma desvantagem inerente do conceito.

C — Errada. A quebra da água é endotérmica: exige energia (fotões ou eletricidade). Portanto não pode ser classificada como exotérmica.

E — Incorreta. Embora exista pesquisa em redução de CO2 para produzir combustíveis/carbonos reduzidos, não é verdade que já se reproduziu rotineiramente glicose e oxigênio em laboratório por fotossíntese artificial como faz a natureza; isso confunde investigação com realização prática ampla.

Estratégias para resolução: identifique palavras-chave (fotossíntese artificial, quebra de água, hidrogênio, célula a combustível). Compare com seu conhecimento sobre fotossíntese natural e leis da termodinâmica: processos de síntese a partir de moléculas estáveis exigem energia. Desconfie de alternativas que generalizam ou trocam conceitos naturais/industriais.

Fontes sugeridas: Lewis & Nocera, PNAS (2006) sobre desafios em energia solar; Nocera, Science (2012) “The Artificial Leaf”; revisões em Chemical Reviews sobre fotocatálise da água; U.S. DOE — materiais sobre células a combustível.

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