Algunas aplicaciones de las reacciones redox ... - DePa - UNAM

Algunas aplicaciones de las reacciones
redox: Baterias
Elaborado por:
Gustavo Gomez Sosa
Facultad de Quimica UNAM
QU ÍM IC A A N A LÍTIC A I C LAV E 1402
G rupo 13, s em es tre 2010-1

De las primeras baterias comerciales
de produccion masiva. No tiene un
componente fluido.
Baterias “secas”. Celda de Leclanche
Catodo
NH 4 + MnO 2
E 0
= -0.76V E
anodo
Zn Zn 2+
Mn 2 O 3
2+
Zn + 2 NH4 + 2 MnO2 Zn
+ 2 e-
2 + 2 + 2 e- + 2
+ + 2
NH 3
NH 3
Anodo
OH 2
+ Mn2O3 +
OH 2
0
= + 0.72V (basico)
catodo
+ 1.23V (acido)
Como la pasta que contiene el NH 4 Cl tambien
contiene almidon, se degrada con el tiempo de vida
util de la bateria y no se puede inducir la reaccion en
sentido contrario.
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
+

Baterias “humedas” de uso general. Celdas alcalinas.
KOH
2 Zn + MnO2 2 ZnO + Mn O 3 4
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 + + 2 e-
+ + 2 e- Hg + 2 OH-
Zn(Hg) OH- ZnO OH 2
HgO OH 2
+
Zn(Hg) HgO ZnO Hg
E 0
= -0.76V
E
anodo
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
+
0
= + 0.587V
catodo
Anodo
Catodo
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
Catodo
PbO 2
Pb SO 4 2 - PbSO 4
H +
+ 4 + SO -
PbSO 4 2 + 2 e- 4 + 2 OH2 Pb PbO 2 H +
+ + 2 e-
+ + 4 + 2 2 + 2
E 0
= -0.3363V E
anodo
Anodo
SO 4 2 - PbSO 4 OH 2
0
= +1.68 V
catodo
Es un conjunto de 6 celdas identicas, con una
disolucion de H 2 SO 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.
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM

Sobrerecarga de acumuladores de plomo-acido
Induccion de formacion de Pb(II) y Pb(IV) con la
aplicacion de voltaje externo. (“pasar corriente”)
+ + 4 e- + 4
Pb PbO2 H +
2
OH 2
+ H2SO4 PbSO4 +
Pb H +
2 e- + 2
+
Pb H PbSO
2SO OH PbO
4 2 2 4
H +
2 + 2 + + 6 e- + 6
Se induce esta reaccion por
electrolisis al recargar la
bateria.
2H 2 O 2H 2 + O 2
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 H 2 .
Ejemplos: Acetonitrilo, Dioxano, Butirolactona, DMSO, THF.
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM

Celdas de litio (ejemplo)
Anodo
CoO 2
(s)
Reaccion principal de Li-ion
+
Reaccion en la celda tipo
Li +
+
LiC (s) 6 Li (solv)
(solv) + e-
LiCoO 2
+ 6 C(s)
+ e-
LiC (s) CoO 6 2 (s)
C LiCoO2 Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM
(s)
+ 6 (s) + (s)
E 0
= -3.03 V
anodo
-3.86 V
E 0
= +0.57 V
catodo
Catodo
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.
Anodo
2H 2 (g) + 4OH - (ac) 4H 2 O (l) + 4 e -
O 2 (g) + 2H 2 O (l) + 4 e - 4OH - (ac)
O 2 (g) + 2H 2 (g) 2H 2 O (ac)
E 0
= -0.83 V E
anodo
0
= +0.40 V
catodo
Catodo
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 (!!??)
Elaborado por: Gustavo Gomez Sosa, Facultad de Quimica UNAM