Baterias íon-lítio (íon-Li) armazenam energia por meio de um processo de intercalação iônica, no qual íons Li+…

Questão

Baterias íon-lítio (íon-Li) armazenam energia por meio de um processo de intercalação iônica, no qual íons Li+ penetram e se acomodam entre camadas de grafite no ânodo da bateria. A quantidade de energia armazenada é diretamente proporcional ao número de íons Li+ intercalados no ânodo, que, entre outros aspectos, é limitado pelo espaço disponível para a sua colocação. Uma recente inovação tecnológica em baterias é a substituição de Li por Na, formando baterias íon-sódio (íon-Na). O mecanismo de funcionamento se baseia no processo de intercalação, com a vantagem de que o Na é mais abundante do que o Li no planeta. Considerando que a única diferença entre baterias de mesma massa e volume seja o íon utilizado (Na+ ou Li+) e que a densidade de energia é a quantidade de energia armazenada na bateria por unidade de massa e volume, é correto afirmar que a densidade de energia de uma bateria íon-Na é [FUVEST 2025 - Questão 21] FUVEST - 2025

1. A) maior do que de uma bateria íon-Li, pois o Na+ tem maior massa e menor raio iônico do que o Li+.
2. B) menor do que de uma bateria íon-Li, pois o Na+ tem maior massa e maior raio iônico do que o Li+.
3. C) maior do que de uma bateria íon-Li, pois o Na+ tem menor massa e maior raio iônico do que o Li+.
4. D) menor do que de uma bateria íon-Li, pois o Na+ tem menor massa e menor raio iônico do que o Li+.
5. E) igual à de uma bateria íon-Li, pois ambos os íons são monovalentes.

✅ Resposta correta: alternativa B

Resolução passo a passo

1. O enunciado afirma que a energia armazenada é proporcional ao número de íons intercalados entre as camadas de grafite, e que esse número é limitado pelo espaço disponível. Passo 2: Na+ e Li+ têm a mesma carga, mas o Na+ tem maior massa e maior raio iônico, pois o sódio está no terceiro período da tabela periódica e o lítio no segundo. Passo 3: Como cada íon Na+ ocupa mais espaço, cabem menos íons Na+ entre as camadas de grafite por unidade de volume do que íons Li+. Logo, a densidade de energia da bateria íon-Na é menor que a da íon-Li. Passo 4: A alternativa A está errada porque o Na+ tem raio iônico maior, não menor. Passo 5: A alternativa C está errada porque o Na+ tem massa maior, não menor, e raio maior, o que reduz a densidade de energia. Passo 6: A alternativa D está errada porque o Na+ tem raio iônico maior que o Li+, não menor. Passo 7: A alternativa E está errada porque ter a mesma carga não garante a mesma capacidade de intercalação, já que o espaço disponível depende do tamanho do íon. Passo 8: Conclusão: a análise confirma o gabarito oficial B.

💡 Dica: Compare as massas molares e o volume ocupado pelos íons Li+ e Na+ para avaliar a densidade de energia.

Alternativa por alternativa

Raio-X da questão

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