Algunas aplicaciones de las reacciones redox: Baterias

Algunas aplicaciones de las reacciones
redox: Baterias
Elaborado por:
Gustavo Gomez Sosa
Facultad de Quimica UNAM
Q U Í M I C A A N A L Í T I C A I C L AV E 1402
G rupo 13, s em es tre 2010-1
Baterias “secas”. Celda de Leclanche
Zn
Catodo
2 NH4+ + 2 MnO2 + 2 eZn
+
2 NH4+ + 2 MnO2
E0anodo= -0.76V
2+
Zn
+ 2 e-
Mn2O3
2+
Zn
Anodo
+ 2 NH3 +
OH2
+ 2 NH3 + Mn2O3 + OH2
E0catodo= + 0.72V (basico)
+ 1.23V (acido)
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.
De las primeras baterias comerciales
de produccion masiva. No tiene un
componente fluido.
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
Baterias “humedas” de uso general. Celdas alcalinas.
2 Zn
+
KOH
MnO2
2 ZnO
+
Mn3O4
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.
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
Celdas de Mercurio
+
2 OH-
OH2
+ 2 e-
+ OH2 + 2 e- Anodo
Hg + 2 OHCatodo
HgO
ZnO
Zn(Hg)
HgO
+
Zn(Hg)
+
E0anodo= -0.76V
ZnO
+
Hg
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.
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
Acumuladores de plomo-acido
Catodo
PbO2
Pb
+
+
+
Pb
SO4 2-
PbSO4
PbSO4
4H
+
+
SO4 2- + 2 e-
PbO2
+
4H
+
+ 2 SO4 2-
E0anodo= -0.3363V
Anodo
+ 2 e+ 2 OH2
2 PbSO4 + 2 OH2
E0catodo= +1.68 V
Es un conjunto de 6 celdas identicas, con una
disolucion de H2SO4 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.
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Sobrerecarga de acumuladores de plomo-acido
Induccion de formacion de Pb(II) y Pb(IV) con la
aplicacion de voltaje externo. (“pasar corriente”)
+ 2 OH2
Pb + H2SO4
Pb
2 Pb
+ H2SO4 + 2 OH2
PbO2
Se induce esta reaccion por
electrolisis al recargar la
bateria.
+
+ 4 e- + 4 H
+
PbSO4 + 2 e- + 2 H
PbO2
2H2O <------> 2H2 + O2
+ PbSO4 + 6 e- + 6 H
+
Mezcla explosiva
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
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 H2.
Ejemplos: Acetonitrilo, Dioxano, Butirolactona, DMSO, THF.
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Celdas de litio (ejemplo)
Reaccion principal de Li-ion
Reaccion en la celda tipo
Anodo
LiC6 (s)
+
CoO2 (s) + Li (solv) + eLiC6 (s)
+
CoO2 (s)
E0anodo= -3.03 V
-3.86 V
+
Li (solv)
+ 6 C (s) +
e-
LiCoO2 (s) Catodo
6 C (s)
+
LiCoO2 (s)
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.
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Celdas de combustible.
Anodo
2H2 (g) + 4OH- (ac) <-----> 4H2O (l) + 4 eCatodo
O2 (g) + 2H2O (l) + 4 e- <-----> 4OH- (ac)
O2 (g) + 2H2(g) <-----> 2H2O (ac)
E0anodo= -0.83 V
E0catodo= +0.40 V
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.
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
Tecnologia post-holocausto (!!??)
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