REACCIONES REDOX
Las reacciones redox o de oxidación-reducción son
las reacciones de transferencia de electrones. Esta transferencia se produce
entre un conjunto de elementos químicos donde hay un oxidante y un reductor.
Actualmente los científicos llaman oxidación a
cualquier reacción química en la que un elemento o compuesto cede electrones a
otra sustancia.
Esta reacción tiene diferentes aplicaciones en las
industrias actualmente, algunas de ellas son:
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Industria metalúrgica
Las reacciones redox oxido son
utilizadas en las industrias metalúrgicas y siderúrgicas. En la metalurgia son
de gran importancia ya que así el mineral se convierte en un oxido abarcando
los procesos de obtención de metales (a partir de óxidos, sulfuros,carbonatos,
etc.), y la reducción de los metales, así como en la preparación de aleaciones
y amalgamas.
La obtención del hierro es un claro
ejemplo de obtención de un metal por reducción. En la actualidad, la obtención
del hierro se realiza principalmente por el método del alto horno; así para
reducir el mineral y obtener el hierro,el horno se carga por la parte superior
o tragante con una mezcla de mena, coque y caliza.
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Industria cosmética
Otra aplicación de las reacciones
redox es en las industrias de cosméticos, productos de higiene y perfumes, las
cuales están constituidas por sustancias naturales o sintéticas, de uso externo
en las diversas partes del cuerpo humano.
Las empresas tienen la
responsabilidad de evaluar la estabilidad de sus productos, antes de ponerlos a
disposición de consumo, requisito fundamental para la seguridad y calidad de
los mismos; uno de los factores característicos de lo cual se debe tener
cuidado es de las reacciones de oxido- reducción. Ocurren procesos de oxidación
o de reducción llevando a alteraciones de la actividad de las sustancias
activas, de las características organolépticas y físicas de la formulación
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Las industrias alimenticias
Para evitar la oxidación y
reducción de los compuestos presentes en los mismos, utilizan sustancias
llamadas antioxidantes. La función de éstas es evitar la alteración de las
cualidades originales de los alimentos. Mediante las sustancias antioxidantes
muchos alimentos susceptibles a la oxidación, alargan su vida útil.
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Industrias electrónicas
Las reacciones de
oxidación-reducción son muy frecuentes en las industrias electrónicas ya que
constituyen el principal funcionamiento de las pilas eléctricas. Se calcula que
en el mundo cada persona consume, en promedio, cinco pilas al año. En este
sencillo y práctico dispositivo encontramos una fuente invaluable de energía
para hacer funcionar un sinfín de aparatos eléctricos, que van desde radios y
relojes, hasta juguetes.
¿QUÉ SON LAS PILAS?
Las pilas son aquellos artilugios capaces de
acumular y proporcionar energía eléctrica gracias a ciertas reacciones químicas
que tienen lugar en su interior. Existen diferentes tipos de pilas, pero evidentemente,
interesan pilas que tengan una diferencia de potencial elevada, para que puedan
realizar el máximo trabajo eléctrico posible. Además, su construcción debe ser
sencilla y han de resultar de fácil manejo.
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La pila Daniell es un ejemplo de pila
húmeda y es frágil e incómoda. Igual sucede con la pila Leclanché, que usa un
electrodo de cinc y otro de carbono, rodeado este último por dióxido de
manganeso con cloruro amónico como electrólito.
Por lo que las pilas que más se usan son las pilas
secas que son una modificación de la pila de Leclanché en la que la disolución
se ha sustituido por una pasta sólida. El potencial de esta pila es
independiente del tamaño o cantidad de reactivos que lleve, ya que con el
tamaño aumenta la corriente eléctrica que produce, pero no el voltaje entre los
electrodos. Como los reactivos se transforman con el uso, llega un momento en
que la pila se agota.
Otras pilas de este tipo son:
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Pilas salinas: En estas pilas los
reactivos son zinc y óxido de manganeso. Además, para que se produzca la
reacción, es necesaria la presencia de cloruro de zinc y cloruro amónico. Todos
estos productos son relativamente poco peligrosos para el medio ambiente. Estas
son las pilas que se utilizaban hace más de diez años, y que tenían una carcasa
de plástico. Cuando se agotaban, estas pilas se deformaban. Pero hoy en día
todas las pilas cilíndricas tienen una carcasa blindada.
Zn Zn2+ +
2e-
Mn2+ +
2 H2O MnO2 + 4 H+ + 2e-
Zn Zn2+ + 2e-
MnO2 + 4 H+ + 2e- Mn2+ + 2 H2O
____________________________________________
MnO2 + 4 H+ + Zn Mn2+ + 2 H2O + Zn2+
- Pila de Lecalnché o pila seca: Esta pila no contiene un líquido como disolución electrolítica, por lo que recibe el nombre de pila seca. Se trata de la pila común que utilizamos para hacer funcionar juguetes, linternas, etc.
Oxidación
(ánodo): Zn - 2e- 2Zn2+
Reducción (cátodo): 2 MnO2 + 2 NH4+ + 2e- Mn2O3 + 2 NH3 + H2O
Reacción global: Zn + 2 MnO2 + 2 NH4 Zn2+ +
Mn2O3 + H2O + 2 NH3}
-
Pilas de botón: Pueden ser de
dos tipos, las pilas de mercurio y las de plata. En ambos casos, la reacción se
produce en presencia de una disolución concentrada de hidróxido de potasio. En
las pilas de mercurio, los reactivos son zinc y óxido de mercurio,
produciéndose en el proceso de descarga mercurio. En las pilas de plata, los
reactivos son zinc y óxido de plata. Las pilas de mercurio tienen un impacto
medioambiental considerablemente mayor que las de plata.
Oxidación
(ánodo): Zn(Hg) + 2 OH- - 2e- ZnO + H2O
Reducción (cátodo): HgO + H2O + 2e- Hg + 2 OH-
Reacción global: Zn(Hg) + HgO ZnO + Hg
-
Pilas de litio: se trata de las baterías
que se basan en iones de litio. Son las que se usan en el mercado de los
teléfonos móviles. Consiguen un almacenamiento muy superior de energía,
aumentando considerablemente el tiempo de acción del teléfono móvil. Son
también muy leves. A pesar de su precio elevado sus ventajas las han
popularizado y han hecho que se fabriquen muchos modelos para teléfonos móviles
y otros artefactos.
Existen distintos tipos de reacciones para cada pila o batería en el mercado pero todas tienen un ánodo que es en el cual se produce la oxidación del compuesto o elemento y un cátodo que es donde se produce la reducción.
Existen distintos tipos de reacciones para cada pila o batería en el mercado pero todas tienen un ánodo que es en el cual se produce la oxidación del compuesto o elemento y un cátodo que es donde se produce la reducción.
¿Qué son las baterías de litio?
Las baterías de litio están diseñadas para almacenar
energía en granes cantidades y ser recargadas. El que estas baterías sean
ligeras y con una alta capacidad de carga, las ha convertido en las favoritas
para aparatos como teléfonos celulares, computadoras portátiles, cámaras
fotográficas, de video, etc.
Incluso se ha empezado a construir batería para
coches eléctricos que pueden funcionar con una batería de litio recargable. Logrando
con esto evitar contaminación en grandes cantidades, además de reciclándolas al
final de su vida útil en lugar de ir a tirarlas donde sea porque eso si genera
contaminantes.
VENTAJAS
- Acumulan grandes cantidades de energía por tamaño
y peso.
- Son ligeras.
- Tienen un alto voltaje por celda, cada celda tiene
un voltaje de 3.7 voltios.
- No tienen efecto memoria, por lo tanto, la primera
carga no tiene nada que ver con su duración.
- Se puede dejar la batería conectada al cargador
aunque ya esté completamente cargada, ya que no se va a incendiar.
- Descarga lineal, mientras la batería se está
descargando su voltaje varía muy poco, por eso no necesitan de un regulador de
voltaje.
- Reducida autodescarga. Al guardar una batería que
no estamos usando esta siempre se va descargar lentamente.
- Tamaño reducido, por lo que pueden ser usadas para
aparatos pequeños como teléfonos móviles.
INCONVENIENTES
- Independientemente de su uso tienen una vida útil
de aproximadamente 3 años.
- Soportan un número limitado de cargas de entre 300
y 1000.
- Son más costosas que las baterías ni-mh y ni-cd.
- Reducen su rendimiento a bajas temperaturas,
reducen su duración hasta un 25%.
Dentro de este grupo de las pilas o baterías de
litio hay tres tipos según los materiales catódicos:
La batería de óxido de cobalto/litio tiene la
ventaja de su alta densidad de energía, pero conlleva graves problemas de
seguridad. La batería de litio / óxido de manganeso es la de mayor utilización
por sus características y seguridad pero su mal rendimiento a altas
temperaturas es su mayor inconveniente, mientras que las de litio / fosfato de
hierro tiene las mejores características de seguridad, ciclo de vida largo y
una buena disponibilidad.
La batería de Litio es una pila recargable con dos o
más celdas donde están separados los iones de litio, cuando se descarga lo que sucede
es que los iones de una y otra celda se combinan químicamente para formar el
elemento estable, esta combinación se produce de forma que produce energía que es la que se
aprovecha, cuando se ha agotado la batería es porque todos los iones están en
su estado fundamental y no quedan más para seguir combinándose.
Estas baterías utilizan las reacciones
electroquímicas para producir una corriente eléctrica. La energía química del
material almacenada en la batería se convierte en energía eléctrica a través de
una reacción química. La batería está formada por tres elementos, un cátodo, un
ánodo y un electrolito para separarlas.
Una reacción química se produce cuando hay un exceso
de electrones en el ánodo. Éstos no pueden escapar al cátodo ya que los dos
están separados por el electrolito. Cuando la batería está conectada a un
circuito, los electrodos se ejecutan a través del circuito desde el ánodo al
cátodo y la energía se puede extraer de éstos a lo largo del camino.
ESTRUCTURA:
La estructura más común para las baterías de litio
tiene un ánodo de litio metálico, el dióxido de manganeso como un cátodo y una
sal de litio disuelta en un disolvente orgánico como el electrolito.
