Questão 106 do ENEM 2024 — Química
Biobaterias geram eletricidade a partir de esgoto sanitário e efluentes agroindustriais
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.
Qual das equações representa a reação global que ocorre durante o funcionamento dessa CCM?
Resolução comentada
A questão cobra eletroquímica: a reação global de uma pilha é a soma da semirreação de oxidação (ânodo) com a de redução (cátodo), de modo que os elétrons se cancelem. A figura mostra a matéria orgânica, representada pelo acetato (CH3COO-), sendo convertida em CO2 no ânodo, e o O2 virando H2O no cátodo, com H+ atravessando a membrana e elétrons percorrendo o fio externo. As duas semirreações vêm dadas: CH3COO- + 2 H2O → 2 CO2 + 7 H+ + 8 e- e 4 H+ + O2 + 4 e- → 2 H2O.
Para igualar os elétrons, multiplique a semirreação do cátodo por 2: 8 H+ + 2 O2 + 8 e- → 4 H2O. Somando as duas e cancelando 8 e-, restam 7 H+ de um lado e 8 H+ do outro (sobra 1 H+ como reagente) e 2 H2O de um lado e 4 do outro (sobram 2 H2O como produto). A equação global é CH3COO- + H+ + 2 O2 → 2 CO2 + 2 H2O, que também fecha em carga (zero nos dois lados) e em átomos.
É exatamente essa a equação mostrada na alternativa que traz o acetato, o H+ e 2 O2 como reagentes e 2 CO2 com 2 H2O como produtos. Note que o H+ aparece na global porque a produção no ânodo (7) é menor que o consumo no cátodo (8).
Os distratores falham em pontos claros. A que mostra CO2, O2 e H+ reagindo para formar acetato inverte o sentido do processo, e a que tem 2 CO2, 11 H+ e O2 como reagentes também. A que traz 6 H2O produzindo O2 e 15 H+ é a soma errada, sem o O2 como reagente. A que tem apenas 1 O2 e 3 H+ não balanceia átomos nem carga.