TEXTO I
Biocélulas combustíveis são uma alternativa tecnológica para substituição das baterias convencionais. Em uma biocélula microbiológica, bactérias catalisam reações de oxidação de substratos orgânicos. Liberam elétrons produzidos na respiração celular para um eletrodo, onde fluem por um circuito externo até o cátodo do sistema, produzindo corrente elétrica. Uma reação típica que ocorre em biocélulas microbiológicas utiliza o acetato como substrato.
AQUINO NETO, S. Preparação e caracterização de bioanodos para biocélula a combustível
etanol/O2. Disponível em: www.teses.usp.br. Acesso em: 23 jun. 2015 (adaptado).
TEXTO II
Em sistemas bioeletroquímicos, os potenciais padrão (E°’) apresentam valores característicos. Para as biocélulas de acetato, considere as seguintes semirreações de redução e seus respectivos potenciais:
2\,\mathrm{CO_2}+7\,\mathrm{H^+}+8\,\mathrm{e^-}\rightarrow\mathrm{CH_3COO^-}+2\,\mathrm{H_2O}\qquad E^{\circ\prime}=-0{,}3\,\mathrm{V}
\mathrm{O_2}+4\,\mathrm{H^+}+4\,\mathrm{e^-}\rightarrow2\,\mathrm{H_2O}\qquad E^{\circ\prime}=0{,}8\,\mathrm{V}
SCOTT, K.; YU, E. H. Microbial electrochemical and fuel cells: fundamentals and
applications. Woodhead Publishing Series in Energy, n. 88, 2016 (adaptado).
Nessas condições, qual é o número mínimo de biocélulas de acetato, ligadas em série, necessárias para se obter uma diferença de potencial de 4,4 V?
Esta questão avalia o conceito de força eletromotriz (fem) de células eletroquímicas e a associação de pilhas em série.
Em uma biocélula de acetato, o acetato é oxidado no ânodo e o oxigênio é reduzido no cátodo. O potencial padrão da célula é calculado pela diferença entre o potencial do cátodo e o potencial do ânodo:
E°'_{\text{célula}} = E°'_{\text{cátodo}} - E°'_{\text{ânodo}}
O cátodo corresponde à redução do \mathrm{O_2}: E°' = +0{,}8\,\mathrm{V}
O ânodo corresponde à oxidação do acetato, que é o inverso da semirreação de redução fornecida: E°' = -0{,}3\,\mathrm{V}
E°'_{\text{célula}} = 0{,}8 - (-0{,}3) = 1{,}1\,\mathrm{V}
Cada biocélula gera, portanto, 1,1 V. Para associação em série, os potenciais se somam:
V_{\text{total}} = n \times 1{,}1\,\mathrm{V}
4{,}4 = n \times 1{,}1 \implies n = 4
Logo, o número mínimo de biocélulas necessárias é 4. Os demais valores resultam de erros no cálculo do potencial da célula — por exemplo, usar apenas um dos potenciais ou somá-los de forma incorreta, obtendo valores como 0,5 V, 0,3 V ou 1,1 V errado, que levam a quantidades distintas de células.
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