CESMAC 2022
As pilhas recarregáveis de níquel-cádmio (NiCd) foram inventadas no século 19. Entre as tecnologias de baterias recarregáveis, a de NiCd rapidamente perdeu participação no mercado para as baterias NiMH e Liion, devido à sua capacidade inferior e ao impacto ambiental causado pelo descarte deste material no meio ambiente. De acordo com os potenciais, padrões de redução descritos abaixo para as reações que ocorrem na pilha NiCd:
NiO(OH) + H2O + e− → Ni(OH)2 + OH− E° = +0,49 V
Cd(OH)2 + 2e− → Cd + 2OH − E° = -0,81 V
Qual é a variação de potencial ( ΔE°) desenvolvido por esta pilha?
+1,30 V
+2,11 V
-1,30 V
+1,79 V
+0,89 V
Resolução
Dados do enunciado (potenciais de redução):
- \(\text{NiO(OH)} + \text{H}_2\text{O} + e^- \;\longrightarrow\; \text{Ni(OH)}_2 + \text{OH}^-\quad E^\circ = +0{,}49\,\text{V}\)
- \(\text{Cd(OH)}_2 + 2e^- \;\longrightarrow\; \text{Cd} + 2\text{OH}^-\quad E^\circ = -0{,}81\,\text{V}\)
1. Identificar cátodo e ânodo
• Maior potencial de redução (mais positivo) → eletrodo que se reduz (cátodo).
• Menor potencial (ou mais negativo) → eletrodo que se oxida (ânodo), precisando inverter a equação.
Assim:
- Cátodo (“positivo”): NiO(OH) se reduz → \(E_\text{cátodo}=+0{,}49\,\text{V}\).
- Ânodo (“negativo”): Cd se oxida. Invertendo a equação de redução, trocamos o sinal:
\[\text{Cd} + 2\text{OH}^- \;\longrightarrow\; \text{Cd(OH)}_2 + 2e^-\quad E_\text{ox}=+0{,}81\,\text{V}\]
2. Calcular o potencial da pilha
A forma mais direta:
\[\Delta E^\circ = E^\circ_{\text{cátodo (redução)}} + E^\circ_{\text{ânodo (oxidação)}}\]
Substituindo:
\[\Delta E^\circ = (+0{,}49) + (+0{,}81) = +1{,}30\,\text{V}\]
Outra forma equivalente:
\[\Delta E^\circ = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ânodo (redução)}} = 0{,}49 - (-0,81) = +1{,}30\,\text{V}\]
3. Resultado
A variação de potencial desenvolvido pela pilha NiCd é:
\(\boxed{\Delta E^\circ = +1{,}30\;\text{V}}\)
Portanto, a alternativa correta é A.
Dicas
Erros Comuns
Conceitos-chave
- Potencial de redução (E°): medida da tendência de uma espécie ganhar elétrons. Valores mais positivos indicam maior tendência a se reduzir.
- Cátodo: eletrodo onde ocorre redução. Possui o potencial de redução mais alto.
- Ânodo: eletrodo onde ocorre oxidação. Para usar a tabela padrão, inverte-se a meia-reação de redução e troca-se o sinal do potencial.
- Potencial da pilha (\(\Delta E^\circ\)): diferença entre o potencial de redução do cátodo e o do ânodo (ainda na forma de redução) ou, equivalente, soma do potencial de redução do cátodo com o potencial de oxidação do ânodo.
