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Bateria de chumbo ácido

Balanceamento da reação redox (em ácido) que ocorre em uma bateria de armazenamento de chumbo.  Versão original criada por Jay.

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Transcrição de vídeo

RKA6GM - Aqui nós temos a reação para uma bateria de chumbo (Pb). Nós temos o chumbo sólido, e a gente tem dióxido de chumbo (PbO₂) se transformando em sulfato de chumbo (PbSO₄). Nós temos que balancear essa reação de oxirredução em uma solução ácida. Para uma bateria de chumbo, você tem ácido sulfúrico. Em um outro vídeo, eu já te expliquei como balancear uma reação redox em uma solução ácida, então, esse vídeo é uma revisão usando a bateria de chumbo como exemplo. A primeira coisa, que a gente tem que fazer é marcar os estados oxidativos e vamos começar aqui com o chumbo sólido. O estado oxidativo de um elemento vai ser zero, então, vamos marcar aqui "zero" em cima do chumbo sólido. Agora vamos olhar o dióxido de chumbo: nós temos o oxigênio, a gente sabe que o oxigênio vai ser 2⁻, e aqui nós temos 2 oxigênios, ou seja, nós vamos ter 4⁻ aqui. E agora para balancear isso, nós sabemos que o chumbo vai ter que ser ⁺4, então, o chumbo vai ser ⁺4 aqui. Agora, nós temos que ver o sulfato de chumbo. Nós sabemos que o sulfato de chumbo vai ser Pb, e a gente vai ter SO₄²⁻. Então, se aqui a gente tem 2⁻, o chumbo aqui vai ter que ser 2⁺, então, Pb⁺². Então, aqui, o nosso estado oxidativo do sulfato de chumbo vai ser ⁺2. Agora nós vamos escrever a meia-reação de oxidação, então, eu vou fazer aqui "OX" para representar a oxidação. Bom, o que está sendo oxidado aqui? Bom, nós temos aqui o chumbo que está saindo de um estado oxidativo zero para um estado oxidativo de ⁺2. Então, vamos marcar aqui que a gente tem Pb e que a gente tem aqui Pb²⁺. Então, a gente aumentou o estado oxidativo. E nós temos sulfato presente, então a gente tem que ter sulfato dos dois lados da nossa reação, então, eu tenho que fazer aqui Pb e tenho que ter mais o sulfato, então Pb + SO₄²⁻, e aqui do outro lado, eu vou ter PbSO₄. Agora, nós vamos ver os nossos átomos. Aqui eu tenho 1 átomo de chumbo (Pb) e tenho 1 átomo de chumbo aqui também. Agora, nós vamos ver o enxofre (S): temos 1 enxofre aqui do lado esquerdo e 1 enxofre aqui do lado direito, então está tudo certo. E agora, indo para o oxigênio (O), a gente tem 4 oxigênios aqui do lado esquerdo, e nós temos 4 oxigênios aqui do lado direito. Então, os nossos átomos estão balanceados. Agora, nós temos que balancear as nossas cargas. No lado esquerdo, a gente vai ter 2 cargas negativas, e do lado direito, a carga geral vai ser zero, então, nós temos que deixar essas duas cargas iguais, e para fazer isso, a gente vai ter que adicionar 2 elétrons ao lado direito. Então, aqui eu tenho que botar mais 2 elétrons. Lembre-se que a oxidação vai ser a perda de elétrons, e essa vai ser a meia-reação de oxidação que vai ocorrer no ânodo da bateria. Agora, nós vamos fazer a meia-reação de redução, então, vou marcar aqui "RED" para redução. Nós podemos ver que estamos indo aqui de um estado oxidativo ⁺4 para o chumbo, para ⁺2, então, eu estou indo de ⁺4 para ⁺2. E nós estamos diminuindo o estado oxidativo, então, vamos marcar isso aqui. Eu tenho PbO₂ indo para Pb⁺², e mais uma vez nós precisamos adicionar o sulfato. Então, se eu pegar um pouquinho mais de espaço aqui, tenho que fazer PbO₂ mais o nosso íon sulfato, SO₄²⁻, e a gente vai ter aqui PbSO₄. Vamos balancear os nossos átomos agora, vamos começar com o chumbo. Eu tenho 1 chumbo aqui do lado esquerdo e eu tenho 1 chumbo aqui do lado direito. Agora nós vamos para o enxofre, eu tenho 1 enxofre do lado esquerdo e 1 enxofre do lado direito. E agora, o oxigênio, nós vamos ter 2 fontes de oxigênio aqui, então, aqui, na esquerda, nós vamos ser 4 oxigênios. Então, tenho 4 oxigênios, e aqui eu vou ter mais 2, então, 4 + 2 vai resultar em 6 oxigênios, vamos marcar aqui: desse lado, vou ter 6 oxigênios. Na direita, nós vamos ter apenas 4 oxigênios, e para balancear os oxigênios, a gente vai adicionar 2 moléculas de água (H₂O). Então, aqui do lado direito, tenho que colocar (vou fazer em uma cor diferente)... eu tenho que colocar aqui mais 2 moléculas de água (H₂O). Depois disso, nós temos que balancear os hidrogênios. Então, aqui do lado direito, vou ter 4 hidrogênios, então vou marcar aqui que eu vou ter 4 hidrogênios. E eu vou balanceá-los adicionando prótons, então, tenho que adicionar H⁺. E eu tenho que fazer isso aqui do lado esquerdo, então vou colocar aqui que tenho que adicionar 4 prótons, então 4 prótons do lado esquerdo para balancear os hidrogênios. Eu coloquei 4 porque aqui do lado esquerdo não tínhamos nenhuma fonte de hidrogênio antes. Agora, vamos balancear as cargas. Qual vai ser a carga geral no meu lado esquerdo? Bom, aqui a gente tem 4 prótons, e a gente tem -2, então, se a gente fizer 4 - 2, a nossa carga aqui vai ser 2⁺. Isso quer dizer que nós temos que adicionar 2 elétrons no lado esquerdo para eu conseguir balancear as cargas. Então, aqui, eu ainda vou ter que adicionar mais 2 elétrons. Agora, nós temos a meia-reação de redução, e ela ocorre no cátodo da nossa bateria. E agora, nós vamos ter que somar as nossas 2 meias-reações. Para fazer isso, nós temos que ter o mesmo número de elétrons. Então, só vou marcar aqui quais são as nossas meias-reações que a gente vai somar aqui. Então, a gente tem aqui, e a gente vai ter aqui embaixo também, essas aqui que eu estou marcando nessa caixa em azul. Como eu disse antes, a gente pode somar essas 2 meias-reações porque a gente tem o mesmo número de elétrons, então, na oxidação, eu vou perder 2 elétrons, e são esses elétrons que eu vou cancelar aqui, porque eu tenho aqui do lado esquerdo e tenho aqui do lado direito. Agora nós vamos somar isso que eu marquei para chegar na reação global da bateria de chumbo. Então, vou pegar um pouquinho mais de espaço aqui. Então, eu vou começar fazendo: vou ter aqui Pb e eu tenho + SO₄⁻², e eu vou ter aqui + 4H⁺ + PbO₂ +SO₄²⁻, e aqui para os meus produtos, eu vou ter PbSO₄, vou pegar um pouquinho mais de espaço aqui, + PbSO₄ e + 2H₂O. Agora vamos simplificar isso para ficar um pouquinho mais simples e mais bonito de ver. Então, vou ter aqui Pb + PbO₂, eu tenho + 4H⁺ e eu tenho aqui + SO₄²⁻. E aqui para os meus produtos, vou ter 2PbSO₄ e eu tenho mais 2 moléculas de água (H₂O). Em alguns livros, você pode ver que isso aqui também pode ser representado como 2H⁺ e 2HSO₄⁻. E essa vai ser a reação global para uma bateria de chumbo. Isso é uma célula voltaica, você vai ter uma voltagem para essa reação espontânea, e cada uma dessas células vai ter + 2 volts. Se você tiver 6 dessas células juntas, vai ter uma bateria de carro. A bateria de um carro vai ter aproximadamente 12 volts, então, 6 células, cada célula com 2 volts. E quando a bateria do carro descarrega, a reação espontânea vai entregar uma corrente, o seu carro vai ligar. Uma vez que o carro está em movimento, essa reação é revertida, e isso te permite recarregar a bateria de chumbo. A reação reversa está pronta para acontecer, porque nós temos o sulfato de chumbo sólido (PbSO₄). Então, se nós olharmos novamente as nossas meias-reações, vamos voltar aqui, se a gente olhar de novo aqui as nossas meias-reações, nós temos PbSO₄ aqui nas duas, e é o sólido que vai precipitar nos eletrodos que vai fazer com que essa reação esteja pronta para acontecer. E você pode recarregar sua bateria. Primeiramente, você poderia pensar sobre isso como uma célula voltaica que produz uma corrente usando uma reação de oxirredução espontânea. E você também pode pensar em uma célula eletrolítica. Uma corrente é usada para recarregar sua bateria, então, essa corrente é usada para conduzir uma reação não espontânea. Então, as baterias de chumbo são recarregáveis, isso faz com que elas sejam muito úteis nos carros, por exemplo, porque que elas duram muito tempo.