A bateria de níquel-cádmio, usada em dispositivos que funcionam com bateria, usa a seguinte reação redox para gerar eletricidade:
\mathrm{Cd}_{(\mathrm{s})}+\mathrm{NiO}_{2(\mathrm{~s})}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})} \rightarrow \mathrm{Cd}(\mathrm{OH})_{2(\mathrm{~s})}+\mathrm{Ni}(\mathrm{OH})_{2(\mathrm{~s})}
Qual é o eletrodo positivo?
Identifique as substâncias oxidadas e reduzidas e, também, o agente oxidante e o redutor.

Passo 1

O enunciado dá a reação global da descarga de uma bateria de níquel-cádmio:
\mathrm{Cd}_{(\mathrm{s})}+\mathrm{NiO}_{2(\mathrm{~s})}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})} \rightarrow \mathrm{Cd}(\mathrm{OH})_{2(\mathrm{~s})}+\mathrm{Ni}(\mathrm{OH})_{2(\mathrm{~s})}
As perguntas são:
  1. Qual é o eletrodo positivo?
  2. Quais substâncias são oxidadas e reduzidas?
  3. Qual é o agente oxidante e qual é o agente redutor?
Informações relevantes fornecidas:
  • Todas as espécies estão explícitas na reação global: \mathrm{Cd}, \mathrm{NiO}_2, \mathrm{H_2O}, \mathrm{Cd(OH)}_2, \mathrm{Ni(OH)}_2.
  • A reação ocorre em meio básico (a presença de hidróxidos nos produtos sugere eletrólito alcalino típico do NiCd).
  • Não há outras informações externas; tudo que precisamos está na equação dada.

Passo 2

Entendendo como descobrir oxidação/redução: método dos números de oxidação. Vamos aprender isso de forma prática e fácil.
Regra básica útil aqui: em compostos, o oxigênio costuma ter número de oxidação -2 (exceto peróxidos), e hidrogênio ligado a não-metais tem +1. Nos íons hidróxido \mathrm{OH}^-, o oxigênio é -2 e o hidrogênio +1, total da unidade \mathrm{OH}^- é -1.
Agora calculamos números de oxidação dos elementos que mudam:
  • Em \mathrm{Cd}_{(s)}: metal elementar tem número de oxidação 0.
  • Em \mathrm{Cd(OH)}_{2}: cada \mathrm{OH} é -1, então os dois dão -2; para o composto neutro, o cátion Cd tem que ser +2. Logo Cd passa de 0 para +2.
  • Em \mathrm{NiO}_2: cada O é -2, dois O dão -4, o composto é neutro, então Ni deve ser +4. Logo Ni em \mathrm{NiO}_2 tem número de oxidação +4.
  • Em \mathrm{Ni(OH)}_2: cada \mathrm{OH} é -1, dois dão -2; Ni então é +2. Logo Ni passa de +4 para +2.
Resumo dos números de oxidação relevantes:
\text{Cd: }0 \rightarrow +2,\qquad \text{Ni: }+4 \rightarrow +2.

Passo 3

Interpretando as mudanças de números de oxidação:
  • Se um elemento aumenta seu número de oxidação (aumenta valor numérico positivo), significa perda de elétrons → oxidação. Aqui \mathrm{Cd}:0\rightarrow +2 perdeu 2 elétrons → \mathrm{Cd} é oxidado.
  • Se um elemento diminui seu número de oxidação, significa ganho de elétrons → redução. Aqui \mathrm{Ni}:+4\rightarrow +2 ganhou 2 elétrons → \mathrm{Ni} é reduzido.
Então já detectamos quais espécies são oxidadas e reduzidas. Vamos agora escrever as meias-reações (metade oxidação e metade redução) mostrando os elétrons, para ficar bem claro.

Passo 4

Construindo as meias-reações no meio básico (útil porque baterias NiCd usam eletrólito alcalino):
Meia-reação de oxidação (ânodo), onde o metal Cd perde elétrons:
\mathrm{Cd}_{(s)} + 2\mathrm{OH}^- \rightarrow \mathrm{Cd(OH)}_{2(s)} + 2e^-
Explicação: para formar \mathrm{Cd(OH)}_2 precisamos de duas unidades \mathrm{OH}^-; a carga final dos produtos requer que 2 elétrons saiam para conservar carga.
Meia-reação de redução (cátodo), onde \mathrm{NiO}_2 ganha elétrons:
\mathrm{NiO}_2 + 2\mathrm{H}_2\mathrm{O} + 2e^- \rightarrow \mathrm{Ni(OH)}_2 + 2\mathrm{OH}^-
Verificação das massas e cargas: à esquerda temos oxigênios e hidrogênios balanceados com a direita; os 2e^- à esquerda tornam a carga compatível com os 2\mathrm{OH}^- à direita.

Passo 5

Somando as duas meias-reações para checar que recuperamos a reação global:
Some as equações da Parte 4; os 2e^- se cancelam e os 2\mathrm{OH}^- aparecem em ambos os lados e também se cancelam. O que resta é
\mathrm{Cd}_{(s)}+\mathrm{NiO}_{2(\mathrm{~s})}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})} \rightarrow \mathrm{Cd}(\mathrm{OH})_{2(\mathrm{~s})}+\mathrm{Ni}(\mathrm{OH})_{2(\mathrm{~s})},
que é exatamente a equação dada no enunciado — ótimo, consistência confirmada.

Passo 6

Identificando o eletrodo positivo: conceito importante e prático (você vai ver isso em prova).
  • Em uma pilha (circuito gerador de corrente), a redução ocorre no cátodo.
  • O eletrodo que sofre redução é, na pilha voltaíca (galvânica), o eletrodo positivo (porque é onde os elétrons entram vindo do circuito externo).
    Aqui a redução ocorre na meia-reação do níquel (redução de \mathrm{NiO}_2 a \mathrm{Ni(OH)}_2). Portanto o eletrodo positivo é o eletrodo de níquel, associado ao par \mathrm{NiO}_2/\mathrm{Ni(OH)}_2.

Passo 7

Resumo final — quem é oxidado/reduzido e quem age como agente:
  • Substância oxidada: \mathrm{Cd}_{(s)} (vai de 0 a +2).
  • Substância reduzida: \mathrm{NiO}_2 (o Ni vai de +4 a +2), ou de modo equivalente \mathrm{Ni} no \mathrm{NiO}_2 é reduzido.
  • Agente oxidante (aceita elétrons): \mathrm{NiO}_2 — ele causa a oxidação do Cd ao ganhar elétrons.
  • Agente redutor (doa elétrons): \mathrm{Cd} — ele causa a redução do Ni ao doar elétrons.

Resposta

Eletrodo positivo: o eletrodo de níquel ( \mathrm{NiO}_2/\mathrm{Ni(OH)}_2).
Substância oxidada: \mathrm{Cd}_{(s)}.
Substância reduzida: \mathrm{NiO}_2 (Ni de +4 para +2).
Agente oxidante: \mathrm{NiO}_2.
Agente redutor: \mathrm{Cd}.

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