Post on 15-Jun-2018
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.
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
Celdas de Mercurio
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
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
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
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
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
Celdas de litio (principios basicos)
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
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)
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
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.
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
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