Introduccin:Las aplicaciones prcticas de la electroqumica son innumerables, una de las principales, es el uso de bateras y las celdas de combustible como fuentes de energa elctrica. Este proceso es posible gracias a las reacciones de oxidoreduccin que tienen lugar dentro de estos acumuladores de energa, que se clasifican principalmente en acumuladores primarios y secundarios.Desarrollo:Un acumulador es un dispositivo que almacena energa qumica para ser liberada ms tarde como electricidad. Algunas bateras estn formadas por una sola pila voltaica con dos electrodos y un electrolito o electrolitos adecuados; un ejemplo es la clula de una linterna. Otras bateras estn formadas por dos o ms clulas voltaicas conectadas en serie, es decir, polo positivo con polo negativo, para aumentar el voltaje total; un ejemplo es la batera de un automvil. Existen tres tipos de acumuladores:1) Acumuladores o Clulas Primarias (pilas): La reaccin de la clula no es reversible. Cuando los reactivos se han transformado casi por completo en productos, no se produce ms electricidad y se dice que la pila se ha agotado.2) Acumuladores o Clulas Secundarias (bateras): La reaccin de la clula puede revertirse, haciendo pasar electricidad a travs de la batera (cargndola). Esto significa que la batera puede utilizarse durante varios cientos o ms ciclos de descarga seguida de una carga.3) Acumuladores de Flujo y Clulas de Combustible: Los materiales (reactivos, productos, electrolitos) pasan a travs de la batera, que es un dispositivo para convertir energa qumica en elctrica. Este tipo de bateras pueden usarse indefinidamente mientras se les siga suministrando los electrolitos.

Pila Leclanch (pila seca)La ms conocida de todas las clulas voltaicas, inventada por el qumico francs Georges Leclanch en la dcada de 1860. La pila Leclanch, popularmente conocida como pila seca porque no hay presente ningn lquido libre. En esta clula, la oxidacin tiene lugar en un nodo de zinc y la reduccin en el ctodo de carbono inerte (grafito).

El electrolito es una pasta hmeda de , , y carbn en polvo. El voltaje mximo de la clula es 1.55 volts. La semirreaccin andica (oxidacin) es simple.

La reduccin es ms compleja. Esencialmente implica la reduccin de a compuestos en los que el tiene un estado de oxidacin de +3, por ejemplo:

Hay una reaccin acidobase entre el (procedente de ) y el .

No puede permitirse que se acumule alrededor del ctodo porque distorsionara la corriente al adherirse al electrodo. Esto se evita mediante una reaccin entre el y el para formar el ion complejo que cristaliza como cloruro.

La pila Leclanch es una clula primaria, no puede ser recargada, es barata, pero tiene algunos inconvenientes. Cuando se extrae rpidamente corriente de la clula, se acumulan en los electrodos productos como el , haciendo que disminuya el voltaje. Adems, como el electrolito es un medio cido, el zinc metlico acaba por disolverse. Pila Alcalina

Una mejor forma de pila Leclanch es la pila alcalina, que utiliza como electrolito o en vez de . La semirreaccin de reduccin es la misma, pero la de oxidacin implica la formacin de , un proceso que podemos considerar en 2 etapas.

Las ventajas de la pila alcalina son que el zinc no se disuelve tan fcilmente en un medio bsico (alcalino) como en uno acido y que la pila mantiene mejor su voltaje al extraerse corriente de ella. Batera de MercurioLa batera de mercurio tiene muchas aplicaciones en medicina y en la industria electrnica, pero es ms costosa que la celda seca comn. Est contenida en un cilindro de acero inoxidable y consta de un nodo de zinc (amalgamado con mercurio), que est en contacto con un electrlito fuertemente alcalino de xido de zinc y xido de mercurio(II).

Las reacciones de la celda son:

Como no hay cambios en la composicin del electrlito durante la operacin de la celda (en la reaccin global de la celda tan slo participan sustancias slidas), la batera de mercurio suministra un voltaje ms constante (1.35 volts) que la celda de Leclanch. Tambin tiene una capacidad considerablemente mayor y una vida ms larga. Estas cualidades hacen que la batera de mercurio sea ideal para marcapasos, aparatos auditivos, relojes elctricos y fotmetros.

Acumulador o Batera de PlomoEl acumulador o batera de plomo es la clula secundaria ms conocida, ha sido utilizado en automviles desde aproximadamente 1915. Est formado por seis o cuatro celdas idnticas ensambladas en serie. Cada una tiene un nodo de plomo y un ctodo hecho de dixido de plomo empacado en una placa metlica. Tanto el ctodo como el nodo estn sumergidos en una disolucin acuosa de cido sulfrico, que acta como electrlito. Un acumulador puede utilizarse repetidamente porque utiliza reacciones qumicas reversibles, es decir, la energa descargada puede restablecerse suministrando corriente elctrica para recargar las celdas de la batera.

Los reactivos en una batera de plomo son plomo poroso dispuesto sobre una rejilla de plomo en el nodo, xido de plomo(IV) de color marrn rojizo sobre una rejilla de plomo en el ctodo y cido sulfrico diluido, con aproximadamente un 35% en masa de como electrolito.

La ionizacin del en este medio de cido fuerte no es completa, estn presentes tanto el como el , pero predomina el . Las semirreacciones y la reaccin global son:

Cuando se arranca el motor de un automvil, inicialmente la batera se descarga. Una vez que el automvil est en movimiento, la batera se recarga constantemente mediante un alternador movido por el motor.

A veces las placas de la batera se recubren de y el electrolito est tan diluido en agua que es necesario recargar la batera utilizando una fuente de electricidad externa. Esto hace que se produzca la reaccin inversa de la ecuacin anterior, una reaccin no espontnea.

Para evitar cortocircuitos causados por el contacto de nodo y ctodo, se separan las placas alternantes del nodo y el ctodo mediante hojas de material aislante. Se conectan elctricamente un grupo de nodos por un lado y un grupo de ctodos por otro. Esta conexin en paralelo aumenta el rea del electrodo en contacto con la disolucin de electrolito y con ella la capacidad de la celda para suministrar corriente. Las celdas se unen a continuacin en serie, positivo con negativo, para obtener una batera. La tpica batera de 12 volts est formada por seis celdas, cada una de las cuales tiene un potencial de aproximadamente 2 volts. Clula de Platazinc. Pila de BotnEl esquema de la clula de platacinc es:

Las semirreacciones de descarga son:

Como en la reaccin global no est implicada ninguna especie en disolucin, hay una cantidad muy pequea de electrolito y los electrodos pueden mantenerse muy prximos entre s. El voltaje de la celda es 1.8 volts y su capacidad de almacenamiento es seis veces mayor que la de una batera de plomo del mismo tamao. Estas caractersticas hacen que las celdas como la de plata-zinc puedan ser usadas en las bateras de botn. Estas bateras miniatura se utilizan en relojes, audfonos y cmaras. Adems estas bateras tambin cumplen los requisitos de las naves espaciales, satlites, misiles, cohetes, vehculos de lanzamiento espacial, torpedos, submarinos y sistemas de mantenimiento de la vida. En la misin Pathfinder a Marte, se utilizaron celdas solares para proporcionar energa a los sistemas de maniobra y de crucero. Las necesidades de almacenamiento de energa del mdulo de aterrizaje se resolvieron con bateras de plata-zinc modificadas, con una capacidad de almacenamiento tres veces superior a la de la batera recargable nquel-cadmio estndar.

Clula de NquelCadmio, una Batera Recargable

La clula de nquel-cadmio (o batera nicad) se suele utilizar en aparatos elctricos porttiles tales como las maquinillas de afeitar o las calculadoras de bolsillo. El nodo de esta batera es cadmio metlico y el ctodo es el compuesto de ,, dispuesto sobre un soporte de nquel metlico. Las reacciones de las semicelulas en la descarga de la batera nquel-cadmio son:

Esta batera proporciona un voltaje bastante constante de 1.4 volts. Las reacciones se invierten cuando la batera se recarga conectndola a una fuente externa de voltaje. Este tipo de bateras pueden recargarse muchas veces porque los productos slidos se adhieren a la superficie de los electrodos.En las clulas primarias, los electrodos positivo y negativo se conocen como ctodo (donde se produce la reduccin) y nodo (donde se produce la oxidacin). En los sistemas recargables, hay que distinguir entre el sistema en descarga o recarga, porque dependiendo del modo de trabajo, la nocin de ctodo y nodo cambia, segn los electrones fluyan desde la celda o hacia la clula.

Durante la descarga de la batera nicad, el electrodo de es el ctodo porque se produce la reduccin, pero durante la recarga, es el nodo porque en l tiene lugar la oxidacin (reaccin inversa). En el modo de descarga, desaparecen electrones en el electrodo de debido al proceso de reduccin, y el electrodo se carga positivamente.

En el modo de recarga, los electrones desaparecen en este electrodo por el proceso de oxidacin, estando cargado positivamente y realizando fundones de nodo. Por tanto, tanto en la descarga como en la recarga, el electrodo de es positivo.El electrodo negativo, el cadmio en la batera nicad, es el nodo en la descarga (oxidacin) y el ctodo (reduccin) en la recarga. En ambos casos, descarga y recarga, el nodo es el electrodo por el que salen electrones de la batera, y el ctodo es el electrodo por el que entran los electrones en la batera. Bateras de Ion litio Las bateras de ion litio son un tipo de batera recargable muy usadas actualmente en aparatos electrnicos tales como telfonos mviles, computadores porttiles y reproductores MP3. En las bateras de ion litio, el ion litio se mueve entre los electrodos positivo y negativo.

El electrodo positivo es de xido de cobalto(III) y litio, , y el electrodo negativo es de grafito cristalizado. Para completar la batera se precisa un electrolito, que en este caso consiste en un disolvente orgnico y iones como el .Durante el ciclo de recarga, en el electrodo positivo, los iones litio del electrodo pasan a la disolucin de electrolito, a medida que los electrones salen al circuito externo. Para mantener el balance de cargas, un ion cobalto(III) se oxida a cobalto (IV) por cada ion litio liberado:

En el electrodo negativo, los iones litio entran entre las capas de grafito y se reducen a litio metlico. Esta insercin de un tomo husped en un slido anfitrin se denomina intercalacin, y el producto resultante se denomina compuesto de intercalacin:

Durante el funcionamiento de la batera, la fuente de electrones es la oxidacin de Co(III) a Co(IV). El ion litio toma estos electrones del electrodo de grafito durante la carga y los devuelve al electrodo positivo durante la descarga.Existen otras bateras de litio que utilizan diferentes materiales en el electrodo positivo, mientras el grafito se mantiene como electrodo negativo ms frecuente. El uso de polmeros conductores como electrolito ha dado lugar a un nuevo tipo de bateras de ion litio y polmero.

Celdas de CombustibleDurante la mayor parte del siglo XX, los cientficos han investigado la posibilidad de convertir la energa qumica de los combustibles directamente en electricidad. El proceso esencial en una celda de combustible es:

Las primeras celdas de combustible se basaron en la reaccin entre hidrgeno y oxgeno. La reaccin global es que el y el en medio bsico producen .

Bateras de Aire

En una celda de combustible el es el agente oxidante que oxida un combustible como el o el . Otro tipo de batera de flujo es la batera de aire, llamada as por utilizar del aire. La sustancia que se oxida es habitualmente un metal.

Un sistema de batera muy estudiado es la batera de aluminioaire. En ella la oxidacin tiene lugar en un nodo de aluminio y la reduccin en un ctodo de carbonoaire. El electrolito que circula a travs de la batera es .

Como est en presencia de una alta concentracin de , el producido en el nodo forma el ion complejo . Las semirreacciones y reaccin global son:

La batera se mantiene cargada alimentndola con trozos de Al y agua. Una batera tpica puede hacer circular un automvil varios cientos de kilmetros sin necesidad de repostar combustible. El electrolito circula alrededor de la batera, donde precipita a partir del . El se recoge y puede convertirse de nuevo en aluminio metlico en una planta de procesado de aluminio.

Bibliografa RALPH H. PETRUCCI, F. GEOFFREY HERRING, JEFFRY D. MADURA, CAREY BISSONNETTE Qumica General. 10a edicin PEARSON EDUCACION, S. A., Madrid, 2011 CHANG RAYMONDQumica. 10a edicinMCGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V., Mxico, 2010