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Algunas aplicaciones de las reacciones redox: Baterias

Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa

Facultad de Quimica UNAM

QU ÍM IC A ANALÍTIC A I C LAV E 1402G rupo 13, s emes tre 2010-1

Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM

Baterias “secas”. Celda de Leclanche

AnodoCatodo

E0anodo

= -0.76V E0catodo

= + 0.72V (basico) + 1.23V (acido)

Zn Zn2+

NH4+ MnO2Mn2O3 NH3

Zn NH4+ MnO2 Zn2+

NH3

OH2

Mn2O3 OH2

+ 2 e-

2 + 2 + 2 e- + 2

+ 2 2+ + 2

+

+ +

De las primeras baterias comerciales de produccion masiva. No tiene un componente fluido.

Como la pasta que contiene el NH4Cl tambien

contiene almidon, se degrada con el tiempo de vida util de la bateria y no se puede inducir la reaccion en sentido contrario.

Zn MnO2

KOH

ZnO Mn3O42 + 2 +

Baterias “humedas” de uso general. Celdas alcalinas.

Reaccion similar a la celda de Leclanche, pero utiliza como electrolito un hidroxido alcalino en disolucion acuosa (KOH).

Como la conduccion de los electrones se da a traves del electrolito, este cambia su composicion y se degrada, por lo que la induccion de la reaccion inversa no es posible al terminar la vida util de la celda.


Celdas de Mercurio


Zn(Hg) OH- ZnO OH2

HgO OH2Hg OH-

Zn(Hg) HgO ZnO Hg

+ 2 + + 2 e-

+ + 2 e- + 2

+ +

Anodo

Catodo

E0anodo

= -0.76V E0catodo

= + 0.587V

Como no existen cambios en la composicion del electrolito, ya que en la reaccion global solo se involucran solidos y elementos, la bateria suminstra un voltaje mas constante que la celda de Leclanche, tiene una capacidad mayor y vida mas larga.

Aplicaciones: Marcapasos, relojes electricos, fotometros, etc.

Acumuladores de plomo-acido


Pb SO4 2- PbSO4

PbO2 H+

PbSO4 OH2SO4 2-

Pb PbO2 H+

SO4 2- PbSO4 OH2

+ + 2 e-

+ 4 + + 2 e- + 2

+ + 4 + 2 2 + 2

Anodo

Catodo

Es un conjunto de 6 celdas identicas, con una disolucion de H

2SO

4 que actua como electrolito.

A diferencia de las celdas de Leclanche, de mercurio y alcalinas, se puede inducir la reaccion inversa al aplicar un voltaje externo al anodo y al catodo (electrolisis), y por lo tanto se puede recargar.

E0anodo

= -0.3363V E0catodo

= +1.68 V

Sobrerecarga de acumuladores de plomo-acido

Pb PbO2 H+

PbSO4

OH2

H2SO4

Pb PbSO4

Pb H+

H2SO4 OH2 PbO2 H+

+ + 4 e- + 4

+ +

2

+

2 e- + 2

2 + 2 + + 6 e- + 6

2H2O <------> 2H

2 + O

2

Se induce esta reaccion por electrolisis al recargar la bateria.

Induccion de formacion de Pb(II) y Pb(IV) con la aplicacion de voltaje externo. (“pasar corriente”)

Mezcla explosiva


Celdas de litio (principios basicos)


El Li tiene el potencial de reduccion mas negativo (por lo tanto es el reductor mas fuerte de todos los metales).

Se usa un electrolito no acuoso, que permite el flujo de iones Li+ del anodo al catodo, a la vez que separa los electrodos (Li es demasiado reactivo como para ponerse en contacto directo).

Electrolitos: Disolventes aproticos y lo suficientemente polares para disolver las sales de Li. Se evtia utilizar disoluciones acuosas, ya que el Li reacciona con el agua para formar H

2.

Ejemplos: Acetonitrilo, Dioxano, Butirolactona, DMSO, THF.

Celdas de litio (ejemplo)


Anodo

Reaccion principal de Li-ion

LiC6 Li+

C

CoO2 Li+ LiCoO2

LiC6 CoO2 C LiCoO2

+ 6 + e-

+

(solv)

(solv) + e- (s)

(s)

(s)

(s)

(s) (s)+ 6 (s) + (s)

Catodo

Reaccion en la celda tipo

E0anodo

= -3.03 V -3.86 V

E0catodo

= +0.57 V

La reaccion es reversible al aplicarle corriente en direccion inversa y la vida util es muy larga, ya que los electrolitos organicos tardan mas en degradarse que los electrolitos acuosos.


Celdas de combustible.

2H2 (g) + 4OH- (ac) <-----> 4H

2O (l) + 4 e-

O2 (g) + 2H

2O (l) + 4 e- <-----> 4OH- (ac)

Anodo

Catodo

O2 (g) + 2H

2(g) <-----> 2H

2O (ac)

Se utilizan catalizadores de Ni en el anodo y de Ni y NiO en el catodo.

En los modelos mas recientes tiene una etapa “reformadora” de gas natural, metanol, metano, etc. para producir hidrogeno.

Amigables con el ambiente al no tener residuos.

E0anodo

= -0.83 V E0catodo

= +0.40 V

Tecnologia post-holocausto (!!??)


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