Algunas aplicaciones de las reacciones redox ... - DePa - UNAM
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<strong>Algunas</strong> <strong>aplicaciones</strong> <strong>de</strong> <strong>las</strong> <strong>reacciones</strong><br />
<strong>redox</strong>: Baterias<br />
Elaborado por:<br />
Gustavo Gomez Sosa<br />
Facultad <strong>de</strong> Quimica <strong>UNAM</strong><br />
QU ÍM IC A A N A LÍTIC A I C LAV E 1402<br />
G rupo 13, s em es tre 2010-1
De <strong>las</strong> primeras baterias comerciales<br />
<strong>de</strong> produccion masiva. No tiene un<br />
componente fluido.<br />
Baterias “secas”. Celda <strong>de</strong> Leclanche<br />
Catodo<br />
NH 4 + MnO 2<br />
E 0<br />
= -0.76V E<br />
anodo<br />
Zn Zn 2+<br />
Mn 2 O 3<br />
2+<br />
Zn + 2 NH4 + 2 MnO2 Zn<br />
+ 2 e-<br />
2 + 2 + 2 e- + 2<br />
+ + 2<br />
NH 3<br />
NH 3<br />
Anodo<br />
OH 2<br />
+ Mn2O3 +<br />
OH 2<br />
0<br />
= + 0.72V (basico)<br />
catodo<br />
+ 1.23V (acido)<br />
Como la pasta que contiene el NH 4 Cl tambien<br />
contiene almidon, se <strong>de</strong>grada con el tiempo <strong>de</strong> vida<br />
util <strong>de</strong> la bateria y no se pue<strong>de</strong> inducir la reaccion en<br />
sentido contrario.<br />
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad <strong>de</strong> Quimica <strong>UNAM</strong><br />
+
Baterias “humedas” <strong>de</strong> uso general. Celdas alcalinas.<br />
KOH<br />
2 Zn + MnO2 2 ZnO + Mn O 3 4<br />
Reaccion similar a la celda <strong>de</strong> Leclanche,<br />
pero utiliza como electrolito un hidroxido<br />
alcalino en disolucion acuosa (KOH).<br />
Como la conduccion <strong>de</strong> los electrones se<br />
da a traves <strong>de</strong>l electrolito, este cambia su<br />
composicion y se <strong>de</strong>grada, por lo que la<br />
induccion <strong>de</strong> la reaccion inversa no es<br />
posible al terminar la vida util <strong>de</strong> la celda.<br />
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad <strong>de</strong> Quimica <strong>UNAM</strong>
Celdas <strong>de</strong> Mercurio<br />
+ 2 + + 2 e-<br />
+ + 2 e- Hg + 2 OH-<br />
Zn(Hg) OH- ZnO OH 2<br />
HgO OH 2<br />
+<br />
Zn(Hg) HgO ZnO Hg<br />
E 0<br />
= -0.76V<br />
E<br />
anodo<br />
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad <strong>de</strong> Quimica <strong>UNAM</strong><br />
+<br />
0<br />
= + 0.587V<br />
catodo<br />
Anodo<br />
Catodo<br />
Como no existen cambios en la composicion <strong>de</strong>l<br />
electrolito, ya que en la reaccion global solo se<br />
involucran solidos y elementos, la bateria suminstra un<br />
voltaje mas constante que la celda <strong>de</strong> Leclanche, tiene<br />
una capacidad mayor y vida mas larga.<br />
Aplicaciones: Marcapasos, relojes electricos,<br />
fotometros, etc.
Acumuladores <strong>de</strong> plomo-acido<br />
Catodo<br />
PbO 2<br />
Pb SO 4 2 - PbSO 4<br />
H +<br />
+ 4 + SO -<br />
PbSO 4 2 + 2 e- 4 + 2 OH2 Pb PbO 2 H +<br />
+ + 2 e-<br />
+ + 4 + 2 2 + 2<br />
E 0<br />
= -0.3363V E<br />
anodo<br />
Anodo<br />
SO 4 2 - PbSO 4 OH 2<br />
0<br />
= +1.68 V<br />
catodo<br />
Es un conjunto <strong>de</strong> 6 celdas i<strong>de</strong>nticas, con una<br />
disolucion <strong>de</strong> H 2 SO 4 que actua como electrolito.<br />
A diferencia <strong>de</strong> <strong>las</strong> celdas <strong>de</strong> Leclanche, <strong>de</strong><br />
mercurio y alcalinas, se pue<strong>de</strong> inducir la reaccion<br />
inversa al aplicar un voltaje externo al anodo y al<br />
catodo (electrolisis), y por lo tanto se pue<strong>de</strong><br />
recargar.<br />
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad <strong>de</strong> Quimica <strong>UNAM</strong>
Sobrerecarga <strong>de</strong> acumuladores <strong>de</strong> plomo-acido<br />
Induccion <strong>de</strong> formacion <strong>de</strong> Pb(II) y Pb(IV) con la<br />
aplicacion <strong>de</strong> voltaje externo. (“pasar corriente”)<br />
+ + 4 e- + 4<br />
Pb PbO2 H +<br />
2<br />
OH 2<br />
+ H2SO4 PbSO4 +<br />
Pb H +<br />
2 e- + 2<br />
+<br />
Pb H PbSO<br />
2SO OH PbO<br />
4 2 2 4<br />
H +<br />
2 + 2 + + 6 e- + 6<br />
Se induce esta reaccion por<br />
electrolisis al recargar la<br />
bateria.<br />
2H 2 O 2H 2 + O 2<br />
Mezcla explosiva<br />
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad <strong>de</strong> Quimica <strong>UNAM</strong>
Celdas <strong>de</strong> litio (principios basicos)<br />
El Li tiene el potencial <strong>de</strong> reduccion mas negativo (por lo tanto es el reductor mas fuerte<br />
<strong>de</strong> todos los metales).<br />
Se usa un electrolito no acuoso, que permite el flujo <strong>de</strong> iones Li + <strong>de</strong>l anodo al catodo, a la<br />
vez que separa los electrodos (Li es <strong>de</strong>masiado reactivo como para ponerse en contacto<br />
directo).<br />
Electrolitos: Disolventes aproticos y lo suficientemente polares para disolver <strong>las</strong> sales <strong>de</strong><br />
Li. Se evtia utilizar disoluciones acuosas, ya que el Li reacciona con el agua para formar H 2 .<br />
Ejemplos: Acetonitrilo, Dioxano, Butirolactona, DMSO, THF.<br />
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad <strong>de</strong> Quimica <strong>UNAM</strong>
Celdas <strong>de</strong> litio (ejemplo)<br />
Anodo<br />
CoO 2<br />
(s)<br />
Reaccion principal <strong>de</strong> Li-ion<br />
+<br />
Reaccion en la celda tipo<br />
Li +<br />
+<br />
LiC (s) 6 Li (solv)<br />
(solv) + e-<br />
LiCoO 2<br />
+ 6 C(s)<br />
+ e-<br />
LiC (s) CoO 6 2 (s)<br />
C LiCoO2 Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad <strong>de</strong> Quimica <strong>UNAM</strong><br />
(s)<br />
+ 6 (s) + (s)<br />
E 0<br />
= -3.03 V<br />
anodo<br />
-3.86 V<br />
E 0<br />
= +0.57 V<br />
catodo<br />
Catodo<br />
La reaccion es reversible al aplicarle<br />
corriente en direccion inversa y la vida util<br />
es muy larga, ya que los electrolitos<br />
organicos tardan mas en <strong>de</strong>gradarse que<br />
los electrolitos acuosos.
Celdas <strong>de</strong> combustible.<br />
Anodo<br />
2H 2 (g) + 4OH - (ac) 4H 2 O (l) + 4 e -<br />
O 2 (g) + 2H 2 O (l) + 4 e - 4OH - (ac)<br />
O 2 (g) + 2H 2 (g) 2H 2 O (ac)<br />
E 0<br />
= -0.83 V E<br />
anodo<br />
0<br />
= +0.40 V<br />
catodo<br />
Catodo<br />
Se utilizan catalizadores <strong>de</strong> Ni en el anodo y<br />
<strong>de</strong> Ni y NiO en el catodo.<br />
En los mo<strong>de</strong>los mas recientes tiene una<br />
etapa “reformadora” <strong>de</strong> gas natural, metanol,<br />
metano, etc. para producir hidrogeno.<br />
Amigables con el ambiente al no tener<br />
residuos.<br />
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad <strong>de</strong> Quimica <strong>UNAM</strong>
Tecnologia post-holocausto (!!??)<br />
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad <strong>de</strong> Quimica <strong>UNAM</strong>