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?
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)
— Gabarito (resposta correta)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)
Essa questão avalia a habilidade de combinar semi-reações eletroquímicas para obter a reação global de uma célula eletroquímica — no caso, uma célula a combustível microbiana (CCM).
A CCM possui dois eletrodos: o ânodo, onde ocorre oxidação da matéria orgânica, e o cátodo, onde ocorre redução do oxigênio. As semi-reações fornecidas são:
Semi-reação de oxidação (ânodo):
\text{CH}_3\text{COO}^-(aq) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l) \rightarrow 2\,\text{CO}_2(g) + 7\,\text{H}^+(aq) + 8\,e^-
Semi-reação de redução (cátodo):
4\,\text{H}^+(aq) + \text{O}_2(g) + 4\,e^- \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}(l)
Para balancear os elétrons, multiplica-se a semi-reação de redução por 2:
8\,\text{H}^+(aq) + 2\,\text{O}_2(g) + 8\,e^- \rightarrow 4\,\text{H}_2\text{O}(l)
Somando as duas semi-reações e cancelando os 8\,e^- de cada lado:
\text{CH}_3\text{COO}^-(aq) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l) + 8\,\text{H}^+(aq) + 2\,\text{O}_2(g) \rightarrow 2\,\text{CO}_2(g) + 7\,\text{H}^+(aq) + 4\,\text{H}_2\text{O}(l)
Simplificando espécies que aparecem em ambos os lados — subtrai-se 7\,\text{H}^+ e 2\,\text{H}_2\text{O}:
\text{CH}_3\text{COO}^-(aq) + \text{H}^+(aq) + 2\,\text{O}_2(g) \rightarrow 2\,\text{CO}_2(g) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l)
Essa é exatamente a equação global correta, confirmando que o acetato é oxidado pelo oxigênio com formação de dióxido de carbono e água.
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