ENEM 2016 · Ciências da Natureza · Química · eletroquímica
Questão 64 do ENEM 2016
Resposta: letra B. A questão envolve o cálculo do número de biocélulas de acetato necessárias para atingir uma diferença de potencial de 4,4 V. Utilizando os potenciais padrão fornecidos, determina-se a tensão de uma única célula e, por divisão, o número de células em série.
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.
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 CO2 + 7H+ + 8e– → CH3COO– + 2H2O E°’ = -0,3 V
O2 + 4H+ + 4e– → 2H2O E°’ = 0,8V.
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?
- A3
- B4Resposta correta
- C6
- D9
- E15
Como resolver a questão 64 passo a passo?
O conceito que resolve
A diferença de potencial em uma célula eletroquímica é a soma dos potenciais de redução do cátodo e do ânodo. Para células em série, a tensão total é a soma das tensões individuais. O potencial padrão de uma reação é a diferença entre os potenciais dos eletrodos envolvidos.
Como chegar na resposta
- Identificar os potenciais padrão das semirreações: E°’(CO2 → CH3COO–) = -0,3 V e E°’(O2 → H2O) = 0,8 V.
- Calcular a tensão de uma única biocélula: V_célula = E°’(cátodo) - E°’(ânodo) = 0,8 V - (-0,3 V) = 1,1 V.
- Determinar o número de células necessárias: N = V_total / V_célula = 4,4 V / 1,1 V = 4.
Por que cada alternativa
- A3: Insuficiente, pois 3 células a 1,1 V cada só dariam 3,3 V, não 4,4 V.
- B4: Correta, conforme o cálculo: 4 células de 1,1 V totalizam 4,4 V.
- C6: Excessivo, pois 6 células a 1,1 V resultariam em 6,6 V, ultrapassando o alvo de 4,4 V.
- D9: Muito excessivo, 9 células dariam 9,9 V, bem acima do necessário.
- E15: Extremamente excessivo, 15 células dariam 16,5 V, muito além do requisito.
Onde essa questão derruba a maioria
A confusão pode surgir se alguém interpretar erroneamente os sinais dos potenciais ou calcular a diferença de forma invertida. Além disso, é comum confundir o número de células com o número de elétrons transferidos, mas aqui o foco é a tensão total do conjunto.
O que estudar se você errou
Revisar a interpretação de gráficos de potencial e a aplicação da lei de Ohm para circuitos em série. Certificar-se de que a soma dos potenciais é feita corretamente, considerando a polaridade dos eletrodos.
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