Máquinas Ácido-Base: Formalismo Termodinâmico e Cinética de Reação

Com base na diminuição da energia livre de mistura, à pressão e à temperatura constantes, máximo trabalho elétrico pode ser determinado quando máquinas ácido-base são acopladas a um reservatório ácido e outro básico [1]. Estas máquinas compreendem um eletrodo seletivo para a eletro-inserção de prótons e outro seletivo a íons alcalinos, e operam em ciclos de carga (em meio ácido) e descarga (em meio neutro, após o processo de neutralização). Com base no formalismo termodinâmico proposto, o grau de irreversibilidade e a eficiência das máquinas foram determinados para diferentes valores de pH e pNa, permitindo a seleção de intervalos com mínima dissipação de energia. Modelo cinético de eletro-inserção nas matrizes hospedeiras é proposto no domínio de frequência, possibilitando um melhor entendimento das etapas eletroquímicas e, consequentemente, o conhecimento dos principais fatores associados à dissipação de energia. Como prova de conceito, foram utilizados polioxometalatos (POM) e policianometalatos (PCM), como eletrodos negativos (seletivos a protons) e positivos (seletivos a íons sódio), respectivamente. Figura 1a mostra os máximos trabalhos elétricos e os experimentais associados à variação de concentração dessas espécies iônicas durante a neutralização de soluções ácidas de HCl a partir de NaOH, utilizando Na+CuII [FeIII(CN)6] e PMo12O40-3 como eletrodos positivo e negativo, respectivamente. Figura 1b mostra diagrama de impedância relacionado à eletro-inserção de íons sódio em Na+CuII [FeIII(CN)6]. Estes sistemas eletroquímicos podem contribuir para o crescimento sustentável, uma vez que energia pode ser capturada durante o tratamento de águas residuais ácidas, contribuindo para o crescimento sustentável.