Ciências da Natureza e suas Tecnologias Question #019e354a

Question Statement

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

#biologia

#química

#eletroquímica

#biotecnologia

#natureza

Medium

Células a combustível microbianas (CCM) são capazes de gerar eletricidade a partir de águas residuárias de esgoto e de efluentes industriais por meio da ação catalítica de bactérias eletrogênicas. Essas bactérias oxidam a matéria orgânica contida no substrato residual e transferem elétrons para um eletrodo condutor (ânodo). No compartimento anódico da CCM, ocorre a oxidação da matéria orgânica representada pelo íon acetato:

$CH_{3} COO^{-} (aq) + 2 H_{2} O (l) \to 2 CO_{2} (g) + 7 H^{+} (aq) + 8 e^{-}$

No compartimento catódico da CCM, ocorre a redução do oxigênio dissolvido em meio ácido:

$4 H^{+} (aq) + O_{2} (g) + 4 e^{-} \to 2 H_{2} O (l)$

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?

CH3COO− (aq) + O2 (g) → 2 CO2 (g) + 3 H+ (aq)

CO2 (g) + O2 (g) + H+ (aq) → H2O (l) + CH3COO− (aq)

CH3 COO− (aq) + H+ (aq) + 2 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 2 H2O (l)

Correct

CH3 COO− (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)

Official Explanation / Community Explanations

Análise da Célula a Combustível Microbiana (CCM)

A resposta correta é a alternativa C) CH₃COO⁻ (aq) + H⁺ (aq) + 2 O₂ (g) → 2 CO₂ (g) + 2 H₂O (l)

1. Identificação das Semirreações

Para encontrar a reação global, precisamos combinar as duas semirreações fornecidas, uma que ocorre no ânodo (oxidação) e outra no cátodo (redução).

Semirreação de Oxidação (no Ânodo): CH₃COO⁻ (aq) + 2 H₂O (l) → 2 CO₂ (g) + 7 H⁺ (aq) + 8 e⁻
Semirreação de Redução (no Cátodo): 4 H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4 e⁻ → 2 H₂O (l)

2. Balanceamento dos Elétrons

O número de elétrons (e⁻) liberados na oxidação deve ser igual ao número de elétrons consumidos na redução.

A reação de oxidação libera 8 elétrons. * A reação de redução consome 4 elétrons.

Para igualar o número de elétrons, precisamos multiplicar toda a semirreação de redução por 2.

2 * [4 H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4 e⁻ → 2 H₂O (l)] * Resultando em: 8 H⁺ (aq) + 2 O₂ (g) + 8 e⁻ → 4 H₂O (l)

3. Soma das Semirreações Balanceadas

Agora, somamos as duas semirreações (a de oxidação original e a de redução multiplicada por 2), juntando todos os reagentes de um lado e todos os produtos do outro.

Reagentes: CH₃COO⁻ (aq) + 2 H₂O (l) + 8 H⁺ (aq) + 2 O₂ (g) + 8 e⁻ Produtos: 2 CO₂ (g) + 7 H⁺ (aq) + 8 e⁻ + 4 H₂O (l)

A equação fica: CH₃COO⁻ + 2 H₂O + 8 H⁺ + 2 O₂ + 8 e⁻ → 2 CO₂ + 7 H⁺ + 8 e⁻ + 4 H₂O

4. Simplificação da Equação Global

Por fim, cancelamos as espécies que aparecem em ambos os lados da equação:

Elétrons (e⁻): Cancelamos os 8 e⁻ de cada lado. * Íons H⁺: Cancelamos 7 H⁺ de cada lado, restando 1 H⁺ no lado dos reagentes. * Água (H₂O): Cancelamos 2 H₂O de cada lado, restando 2 H₂O no lado dos produtos.

A equação global final simplificada é:

CH₃COO⁻ (aq) + H⁺ (aq) + 2 O₂ (g) → 2 CO₂ (g) + 2 H₂O (l)

Esta equação corresponde exatamente à alternativa C.