32 (UFRRJ-RJ) “O que é feito com as baterias usadas de celular?
Quase nada - cerca de 1 \% - vai para a reciclagem, graças aos poucos consumidores que depositam as baterias usadas nos escassos postos de coleta apropriados.”
HAKIME, Raphael. Lixo telefônico. In: Revista Super-interessante, edição 243, setembro, 2007.
A qualidade de vida das futuras gerações depende de cuidados que as pessoas devem ter no presente. Um exemplo é a forma como são descartadas as pilhas e baterias. As baterias de celulares são pilhas de níquelcádmio, que são muito fáceis de serem recarregadas.
O ânodo desta pilha é constituído de cádmio metálico (Cd), o cátodo apresenta óxido de níquel IV ( \mathrm{NiO}_{2} ), e o eletrólito é uma solução de hidróxido de potássio (\mathrm{KOH}).
Dados:
\begin{aligned} & \mathrm{Cd}(\mathrm{OH})_{2}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{e}^{-} \underset{\mathrm{C}}{\mathrm{C}} \mathrm{Cd}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathrm{NiO}_{2}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+2 \mathrm{e}^{-} \underset{\mathrm{t}}{\mathrm{t}} \mathrm{Ni}(\mathrm{OH})_{2}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq}) \end{aligned}
Quais são os agentes redutor e oxidante existentes nesta pilha?

Passo 1

O enunciado fornece duas semi-reações (escritas na forma de redução) e diz que o ânodo é constituído por cádmio metálico e o cátodo por óxido de níquel IV. As semi-reações dadas são:
\mathrm{Cd(OH)}_{2}(\mathrm{s})+2\mathrm{e}^{-}\longrightarrow \mathrm{Cd}(\mathrm{s})+2\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})
\mathrm{NiO}_{2}(\mathrm{s})+2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}+2\mathrm{e}^{-}\longrightarrow \mathrm{Ni(OH)}_{2}(\mathrm{s})+2\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})
O que o exercício pede: identificar quais são o agente redutor (reducing agent) e o agente oxidante (oxidizing agent) existentes nesta pilha.

Passo 2

Definições fundamentais (explicadas passo a passo):
  • Agente redutor é a espécie que doa elétrons a outra; ela própria sofre oxidação (perde elétrons).
  • Agente oxidante é a espécie que aceita elétrons de outra; ela própria sofre redução (ganha elétrons).
Exemplo rápido e intuitivo: na reação \mathrm{Zn} + \mathrm{Cu}^{2+}\rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + \mathrm{Cu}, o \mathrm{Zn} doa elétrons (é oxidado) e, portanto, é o agente redutor; o \mathrm{Cu}^{2+} recebe elétrons (é reduzido) e é o agente oxidante.

Passo 3

Identificar qual semi-reação ocorre como oxidação e qual como redução num funcionamento normal da pilha:
  • O enunciado diz que o ânodo é cádmio metálico \mathrm{Cd}(\mathrm{s}). Em pilhas, o ânodo é onde ocorre oxidação. Logo, a reação do cádmio é, na operação da pilha, a oxidação. Escrevendo a semi-reação de oxidação correspondente:
\mathrm{Cd}(\mathrm{s})+2\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})\longrightarrow \mathrm{Cd(OH)}_{2}(\mathrm{s})+2\mathrm{e}^{-}
Aqui o \mathrm{Cd} passa do estado de oxidação 0 (metal) para +2 em \mathrm{Cd(OH)}_{2}, ou seja, perde elétrons → é oxidado.

Passo 4

Analisar a semi-reação do níquel:
  • A semi-reação dada para o óxido de níquel está escrita no sentido de redução:
\mathrm{NiO}_{2}(\mathrm{s})+2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}+2\mathrm{e}^{-}\longrightarrow \mathrm{Ni(OH)}_{2}(\mathrm{s})+2\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})
Determinar estados de oxidação do níquel: em \mathrm{NiO}_{2} cada oxigênio tem -2, logo \mathrm{Ni} tem +4; em \mathrm{Ni(OH)}_{2} o \mathrm{Ni} tem +2. Portanto o níquel passa de +4 para +2, ganha elétrons → é reduzido. Como é reduzido, \mathrm{NiO}_2 atua como agente oxidante (aceita elétrons).

Passo 5

Conclusão lógica a partir das análises:
  • A espécie que é oxidada (doa elétrons) é o cádmio metálico \mathrm{Cd}(\mathrm{s}); portanto ele é o agente redutor.
  • A espécie que é reduzida (aceita elétrons) é o óxido de níquel \mathrm{NiO}_2(\mathrm{s}); portanto ele é o agente oxidante.

Resposta

Agente redutor: \mathrm{Cd}(\mathrm{s})
Agente oxidante: \mathrm{NiO}_{2}(\mathrm{s})

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