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Bateria de níquel-cádmio

Balanceamento da reação redox (em base) que ocorre em uma bateria de níquel-cádmio.  Versão original criada por Jay.

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Transcrição de vídeo

RKA2G "Faça o balanceamento da seguinte reação de oxirredução em solução básica." Aqui embaixo nós temos o que acontece. Nós temos o cádmio sólido, nós temos o oxido hidróxido de níquel e aqui nós vamos formar hidróxido de cádmio e hidróxido de níquel. Na bateria isso, acontece em uma solução básica e nós já vimos como balancear uma reação de oxirredução em uma solução básica. Eu te mostrei, em um outro vídeo, todos aqueles passos, então, este vídeo aqui vai ser uma revisão daquele vídeo que a gente já fez anteriormente. Lembre-se: você finge que isso aqui vai estar em uma solução ácida, então, você pode mudar para uma solução básica. O primeiro passo é colocar os estados oxidativos. Então, nós vamos começar com o cádmio. O cádmio é um metal e, como aqui ele é um elemento, a gente sabe que o estado oxidativo dele vai ser igual a zero, então, vamos marcar aqui. Agora, para o óxido hidróxido de níquel, a gente vai ter aqui um OH⁻, a gente tem um oxigênio, que sabemos que é O²⁻ e a gente tem o níquel. Como aqui nós temos duas cargas negativas, então, vamos somar e vamos ter -3. Eu tenho que balancear isso aqui. Então, o níquel aqui vai ser +3. Agora nós vamos ver os nossos produtos. O hidróxido de cádmio: nós sabemos que o hidróxido vai ter carga de -1. Aqui nós vamos ter dois deles. Isso quer dizer que a gente vai ter -2 aqui. Para balancear isso, o cádmio tem que ser +2. Então, a gente tem aqui Cd⁺². O estado oxidativo aqui vai ser +2. E, para o hidróxido de níquel, nós temos a mesma coisa. Nós vamos ter -2 aqui, porque eu tenho duas hidroxilas, tenho dois íons hidróxido. Então, o níquel aqui tem que ser +2 para balancear, também. Então, primeiro, vamos escrever a nossa meia reação oxidativa. Vou marcar aqui, OX. O que vai ser hidroxidado na nossa bateria? A gente tem aqui o cádmio sólido. Perceba o estado oxidativo dele. Ele vai do estado zero para +2. A gente aumentou o estado oxidativo e essa vai ser a oxidação. Vamos escrever isso. Então eu tenho aqui: Cd que vai se transformar em Cd(OH)₂. Agora nós temos que olhar os átomos que precisamos balancear. Vamos começar com o cádmio. Nós temos aqui um cádmio na esquerda e vamos ter um aqui na direita, então está tudo certo. Agora, vamos balancear o oxigênio. Quantos oxigênios eu tenho do lado direito? Nós vamos ter dois oxigênios, porque esse "2" que eu tenho aqui vai ser aplicado para tudo que eu tenho dentro dos parênteses. Então, nós temos dois oxigênios na direita e não temos nenhum oxigênio na esquerda. Nós vamos balancear o oxigênio adicionando água. Quantas moléculas de água eu vou precisar para colocar aqui do lado esquerdo? Vou colocar 2H₂O. E a gente balanceou o oxigênio. Agora nós precisamos balancear o hidrogênio. Vamos fingir que esta vai ser uma solução ácida. Nós balanceamos o hidrogênio quando adicionamos prótons. Então, quantos hidrogênios eu tenho do lado esquerdo? Aqui eu tenho dois hidrogênios e aqui eu tenho duas moléculas de água. Isso quer dizer que a gente tem quatro hidrogênios do lado esquerdo. Agora nós temos que ver quantos tem na direita. Aqui a gente tem dois hidrogênios. Para balancear isso, eu tenho que adicionar mais dois prótons, então, tenho 2H⁺. Nós fingimos que esta era uma solução ácida, mas lembre-se que é uma solução básica, então, a gente tem que adicionar OH nos dois lados para remover o H⁺. Se nós temos dois prótons, aqui a gente tem que colocar +2OH. OH⁻, para removermos esses prótons que a gente colocou. Se nós fizemos isso na direita, precisamos colocar do lado esquerdo também. Então, aqui eu também tenho que colocar +2OH⁻. Vamos escrever a nossa reação. A gente tem aqui: 2H₂O + Cd + 2OH⁻. e aqui, para os nossos produtos, a gente vai ter: Cd(OH)₂ + 2H₂O. Agora nós vamos balancear as nossas cargas. No lado esquerdo, qual vai ser a carga total? Aqui a gente tem 2OH⁻. Isso quer dizer que a carga aqui vai ser 2⁻. E aqui, para o lado direito, a carga vai ser igual a zero. Nós vamos balancear as cargas adicionando elétrons. Então, quantos elétrons e em qual lado da reação eu tenho que colocar esses elétrons para balancear? Se nós adicionarmos 2 elétrons do lado direito, vamos balancear a reação. Então, a gente pode colocar aqui: +2 elétrons. Note que nós temos duas águas aqui no lado esquerdo e duas águas do lado direito, então, podemos cancelar isso. Vamos reescrever o que a gente tem aqui. Nós vamos ter aqui: Cd + 2OH⁻ e, como produtos, a gente só vai ter Cd(OH)₂. E, ainda, a gente vai ter mais dois elétrons. Então, aqui: +2 elétrons. Esta vai ser a meia reação de oxidação. Nós estamos perdendo elétrons aqui. Agora vamos escrever a nossa meia reação de redução. Vou pegar um pouquinho mais de espaço e vou escrever aqui "RED", para "redução". Lembre-se que a reação de oxidação vai acontecer no ânodo da bateria, então, a redução vai acontecer no cátodo. Vamos ver rapidinho, aqui em cima, o que a gente tem que escrever. Vamos voltar aqui. Perceba que nós temos aqui o óxido hidróxido de níquel saindo do estado oxidativo +3 e se transformando em hidróxido de níquel, com o estado oxidativo +2. Isso quer dizer que a gente está reduzindo. Então, vamos escrever isso aqui embaixo. Vou escrever isso. Eu tenho: NiO(OH) e a gente sabe que ele vai se transformar em hidróxido de níquel. Então, Ni(OH)₂. Agora, a gente vai começar balanceando os nossos átomos. A gente tem aqui um níquel do lado esquerdo e temos um níquel do lado direito também. Agora a gente pode ir para os oxigênios. Aqui eu tenho dois oxigênios do lado direito e dois oxigênios do lado esquerdo. E agora, nós temos que ver os hidrogênios. Aqui, do lado direito, eu vou ter dois hidrogênios. Mas do lado esquerdo, eu só vou ter um hidrogênio. Então, vamos marcar aqui que eu tenho um hidrogênio. Nós vamos fingir que esta é uma solução ácida, então vamos balancear os hidrogênios adicionando prótons. Então, quantos prótons? E onde eu vou colocar esses prótons? Bom, se eu colocar um próton aqui do lado esquerdo, eu tenho H⁺ e vou balancear essa reação. E agora, temos que nos livrar desses prótons que a gente adicionou, porque esta é uma solução básica. Então, como nós temos um próton aqui do lado esquerdo, a gente precisa adicionar +OH⁻ aqui para nos livrarmos desse próton. E, se nós colocamos um OH⁻ aqui do lado esquerdo, temos que colocar aqui do lado direito também. Temos que colocar +OH⁻ aqui. Agora vamos escrever o que nós temos. Então... Aqui eu tenho H₂O (formei água aqui) e eu vou ter +NiO(OH) e aqui, como produtos, a gente tem: Ni(OH)₂ e a gente vai ter +OH⁻ aqui, então, mais um íon hidróxido. Agora nós vamos balancear as cargas. Vamos ver a carga total que a gente tem aqui do lado esquerdo. Aqui do lado esquerdo, a carga total vai ser igual a zero e, aqui do lado direito, eu tenho um OH⁻, então eu tenho uma carga negativa. Aqui eu tenho -1. Nós vamos balancear as cargas adicionando um elétron do lado esquerdo da reação. Então, eu tenho aqui 1 elétron. Vamos colocar aqui mais um elétron. As cargas vão estar balanceadas se eu fizer isso. Nós adicionamos um elétron. E ganhar um elétron significa que eu estou reduzindo. Então, isso faz sentido na nossa meia reação. Agora nós estamos prontos para somar as duas meias reações que a gente tem. Então, vamos somar esta meia reação que eu estou fazendo em azul com esta meia reação que a gente encontrou aqui embaixo. Vamos somar isso com esta meia reação que a gente tem aqui. Lembre-se de que, quando você coloca as duas meias reações juntas, elas precisam ter o mesmo número de elétrons, porque os elétrons que são perdidos na meia reação de oxidação são os mesmos elétrons que eu estou ganhando na hora da redução. Então, nós precisamos de dois elétrons na redução. E nós vamos conseguir isso se a gente multiplicar tudo isto aqui. Tudo isto que eu estou fazendo entre parênteses, eu tenho que multiplicar por 2. Então, eu vou escrever que eu tenho: 2 elétrons, eu tenho aqui mais 2H₂O, eu tenho mais 2NiOH. E aqui, para o lado direito, eu vou ter: 2Ni(OH)₂, mais 2OH⁻. Agora que nós temos o mesmo número de elétrons, podemos somar tudo para obter a reação global da bateria. Então, vamos somar essas duas reações. Só vou colocar um pouquinho para cima para nos lembrarmos do que tinha lá em cima. Vamos cancelar algumas coisas para facilitar um pouco. A gente vê que tem aqui dois elétrons em lados opostos, que a gente pode cancelar. Nós vamos ter 2OH⁻ também, que a gente pode cancelar. E agora nós podemos escrever a nossa reação global. Vamos pegar só um pouquinho de espaço aqui. Vou escrever aqui. Eu vou ter: Cd + 2H₂O, mais 2Ni(OH). E eu tenho aqui, para os meus produtos, Cd(OH)₂, e eu vou ter aqui mais 2Ni(OH)₂. Esta vai ser uma reação global que vai acontecer dentro de uma bateria de níquel e cádmio. Esses dois sólidos que a gente tem vão precipitar nos eletrodos da bateria. Isso torna a reversão da reação mais fácil porque, se você está revertendo a reação, você precisa começar com o hidróxido de cádmio e você também vai ter aqui o hidróxido de níquel. E, já que eles estão ali, é mais fácil reverter essa reação. Por isso que é mais fácil recarregar essa bateria. Por isso, esse tipo de bateria, de níquel e cádmio, é muito parecida com uma bateria de chumbo. Ela é recarregável. Sendo assim, é muito útil.