Química · eletroquímica · semirreações · célula a combustível
Células a combustível microbianas (CCM) são capazes de gerar eletricidade a partir de águas residuárias urbanas e agroindustriais. As CCM são compostas de duas câmaras. Numa delas, onde ocorre o tratamento da matéria orgânica, as bactérias eletrogênicas crescem formando um biofilme e se alimentam dos poluentes presentes no efluente. Ao se alimentarem, essas bactérias geram uma corrente elétrica que percorre o material sobre o qual elas formaram o biofilme. Um fio condutor externo possibilita a migração dessa corrente para uma segunda câmara, promovendo uma reação química. A figura esquematiza uma CCM e as reações envolvidas. CH₃COO⁻ (aq) + 2 H₂O (l) → 2 CO₂ (g) + 7 H⁺ (aq) + 8 e⁻ 4 H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4 e⁻ → 2 H₂O (l) QUINTO, A. C. Biobaterias geram eletricidade a partir de esgoto sanitário e efluentes agroindustriais. Disponível em: https://jornal.usp.br. Acesso em: 1 dez. 2021 (adaptado). Qual das equações representa a reação global que ocorre durante o funcionamento dessa CCM?
O que a prova mostra
Duas partes: o esquema da célula a combustível e, abaixo dele, as duas equações.
O esquema, em corte: um retângulo dividido ao meio por uma barra cinza-escura rotulada Membrana. À esquerda, fundo verde, com um retângulo azul-claro dentro e o rótulo Ânodo embaixo. À direita, fundo azul-claro, com um retângulo laranja dentro e o rótulo Cátodo embaixo.
Matéria orgânica (CH₃COO⁻); saindo pela esquerda, outra seta vermelha com CO₂.H₂O; entrando pela direita, outra com O₂.H⁺, atravessa a membrana.e⁻: a da esquerda aponta para cima, a da direita aponta para baixo.As duas equações, impressas abaixo do esquema:
CH₃COO⁻ (aq) + 2 H₂O (l) → 2 CO₂ (g) + 7 H⁺ (aq) + 8 e⁻ 4 H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4 e⁻ → 2 H₂O (l)
Fonte impressa: QUINTO, A. C. Biobaterias geram eletricidade a partir de esgoto sanitário e efluentes agroindustriais. Disponível em: https://jornal.usp.br. Acesso em: 1 dez. 2021 (adaptado).
CH₃COO⁻ (aq) + O₂ (g) → 2 CO₂ (g) + 3 H⁺ (aq)
CO₂ (g) + O₂ (g) + H⁺ (aq) → H₂O (l) + CH₃COO⁻ (aq)
CH₃COO⁻ (aq) + H⁺ (aq) + 2 O₂ (g) → 2 CO₂ (g) + 2 H₂O (l)
CH₃COO⁻ (aq) + 6 H₂O (l) → 2 CO₂ (g) + 2 O₂ (g) + 15 H⁺ (aq)
2 CO₂ (g) + 11 H⁺ (aq) + O₂ (g) → CH₃COO⁻ (aq) + 4 H₂O (l)
Para somar as semirreações, os elétrons têm de se cancelar: o ânodo solta 8 e⁻, então o cátodo entra duas vezes. Sobra a reação global.
Por que a C é a certa
A reação global é a soma das duas semirreações, mas só depois de igualar os elétrons, que não podem sobrar. O ânodo libera 8 e⁻; o cátodo consome 4 e⁻. Multiplica-se o cátodo por 2 e soma-se. Cancelam-se os 8 e⁻, 7 dos 8 H⁺ e 2 das 4 moléculas de água que aparecem dos dois lados. Resta: CH₃COO⁻ + H⁺ + 2 O₂ → 2 CO₂ + 2 H₂O.
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