DIMVS
Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Questão 64 — TEXTO I Biocélulas combustíveis são uma alternativa tecnológica para substituição das baterias convencionais. Em uma biocélula microbiológica, bactér…

ENEM 2016 Questão 64

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 elétrico até o cátodo do sistema, produzindo corrente elétrica. Uma reação típica que ocorre em biocélulas microbiológicas utiliza o acetato como substrato. TEXTO II Em sistemas bioeletroquímicos, os potenciais padrão ($E^{\circ}$’) apresentam valores característicos. Para as biocélulas de acetato, considere as seguintes semirreações de redução e seus respectivos potenciais: $2\ \text{CO}_2 + 7\text{H}^+ + 8e^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + 2\text{H}_2\text{O} \qquad E^{\circ}' = -0,3\ \text{V}$ $\text{O}_2 + 4\text{H}^+ + 4e^- \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} \qquad\qquad\qquad\qquad\qquad E^{\circ}' = 0,8\text{V}.$

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). 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?

Anterior Próxima

Resolução

Resposta correta: Letra B — 4

A questão trata do funcionamento de biocélulas combustíveis de acetato, que geram energia elétrica a partir de reações de oxirredução catalisadas por bactérias. O aluno deve calcular o número mínimo de biocélulas ligadas em série para atingir uma diferença de potencial de 4,4 V, usando os potenciais padrão de redução fornecidos. O primeiro passo é identificar o ânodo (onde ocorre a oxidação) e o cátodo (redução). O acetato é oxidado, então sua semirreação deve ser invertida, tornando seu potencial de oxidação igual a +0,3 V. O oxigênio é reduzido (potencial de +0,8 V). A diferença de potencial de cada célula é dada por $E_{cel} = E_{cátodo} - E_{ânodo} = 0,8 - (-0,3) = 1,1\ \text{V}$. Para obter 4,4 V, divide-se $4,4\ \text{V}$ por $1,1\ \text{V}$, resultando em 4 células. Portanto, a alternativa correta é a B.

Comentários por alternativa

  1. A 3
    A alternativa A está incorreta porque 3 biocélulas em série gerariam apenas $3 \times 1,1 = 3,3\ \text{V}$, valor insuficiente para atingir 4,4 V.
  2. B 4
    A alternativa B está correta, pois $4 \times 1,1 = 4,4\ \text{V}$, exatamente o valor solicitado no enunciado. O cálculo considera a soma dos potenciais individuais das células ligadas em série.
  3. C 6
    A alternativa C está incorreta, pois 6 células gerariam $6 \times 1,1 = 6,6\ \text{V}$, excedendo o valor necessário.
  4. D 9
    A alternativa D está incorreta, pois 9 células em série resultariam em $9 \times 1,1 = 9,9\ \text{V}$, muito acima de 4,4 V.
  5. E 15
    A alternativa E está incorreta, pois 15 células em série produziriam $15 \times 1,1 = 16,5\ \text{V}$, valor muito superior ao requerido.

Flashcards

Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.

1 / 7
1. O que é uma biocélula combustível?
É um dispositivo que converte energia química de reações biológicas, geralmente mediadas por microrganismos, diretamente em energia elétrica.
2. Como se calcula a diferença de potencial de uma célula eletroquímica?
Subtrai-se o potencial padrão do ânodo do potencial padrão do cátodo: $E_{cel} = E_{cátodo} - E_{ânodo}$.
3. O que significa ligar células em série?
Significa conectar as células de modo que a tensão total seja a soma das tensões individuais de cada célula.
4. Por que é necessário inverter o sinal do potencial do ânodo ao calcular $E_{cel}$?
Porque os potenciais fornecidos são de redução, mas no ânodo ocorre oxidação, então o sinal deve ser invertido.
5. Qual é a função das bactérias em uma biocélula combustível?
Elas catalisam a oxidação de substratos orgânicos, liberando elétrons para o circuito externo.
6. O que é potencial padrão de eletrodo ($E^{\circ}$)?
É a medida da tendência de uma espécie ganhar elétrons (ser reduzida) em condições padrão.
7. Como determinar o número mínimo de células para atingir uma tensão desejada?
Divide-se a tensão desejada pela tensão fornecida por cada célula e arredonda-se para o inteiro imediatamente superior, se necessário.

Treino guiado

Detonando o Tema

O DIMVS vai preparar 3 perguntas sobre o mesmo tema desta questão: uma fácil, uma média e uma difícil.

1. Comece pelo fácil 2. Suba para o médio 3. Feche no difícil

Ao responder, você vê a resolução, comentários das alternativas e flashcards. No fim, o resultado mostra seu domínio do tema.