En la electronica (electricidad), la quimica juega un papel imprescindible en la acumulacion de energia (pilas, baterias, accumuladores, etc...). Aqui quiero hacer claro como funciona este proceso:
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- Oxidacion y Reduccion |
| - Electrodos | |
| - Voltios y Potenciales | |
| - Tipos de baterias | |
| - Constante de Faraday | |
Por medio de una reaccion redox, que es una oxidacion y una reduccion a la vez, se consigue una corriente a un voltaje constante.
En una reaccion redox (reduccion-oxidacion) hay cuatro teminos que deberian quedarle muy claros:
| Agente oxidante | Molecula que acepta electrones. |
| Agente reducente | Molecula que proporciona electrones |
| Oxidacion | Una molecula proporciona electrones y es oxidada. |
| Reduccion | Una molecula acepta electrones y es reducida |
Hay dos reglas que se deben cumplir en una reaccion redox:
1. El agente oxidante siempre se reduce y el agente reducente siempre se oxida.
2.Si una sustancia es oxidada otra debe ser reducida, o viceversa.
| Ejemplo: | Cu2+(aq) + Zn(s) ==> Cu(s) + Zn2+(aq) |
(reaccion redox) |
Como podemos ver Cu2+ se convierte en Cu, lo que significa que ha ganado 2 cargas negativas, electrones, por lo que es el agente oxidante, molecula que acepta electrones, y se reduce. Por el otro lado Zn se convierte en Zn2+, ha perdido dos cargas positivas, po lo cual es el agente reductor y se oxida.(Si no sabe reconocer si una reaccion es redox o esta interesado en una explicacion mas extensa le aconsejo que consulte un libro de texto.)
Los electrodos conducen electrones a una solucion o los sustraen de ella. Hay dos tipos especificos de electrodos:
| Anodo | Se produce la oxidacion. |
| Catodo | Se produce la reduccion. |
Como hemos visto en la tabla en el Anodo se produce la oxidacion, por lo que es el electrodo negativo, ya que la oxidacion es proporcionar electrones. A su vez el Catodo es el electrodo positivo, porque se produce la reduccion y esta es el aceptar electrones.
chem4.htm chem5.htm
| Usos: | Son las pilas que utilizamos para aparatos como walkman, juguetes, etc... |
| Quimica: | Anodo: Zn; Catodo: Pasta de NH4Cl, ZnCl2 y MnO2; |
| Ventajas: | --- |
| Desventajas: | Corta vida y produce algunos gases que ocasionan una bajada de voltaje en las pilas. |
Pila alcalina:
| Usos: | Son las pilas que utilizamos para aparatos como walkman, juguetes, etc... |
| Quimica: | Anodo: Zn; Catodo:Mn; |
| Ventajas: | No produce gases. |
| Desventajas: | Mascara que la superior. |
| Usos: | Son las pilas que utilizamos para aparatos como calculadoras, relojes, etc... (de boton) |
| Quimica: | Anodo: Zn; Catodo: Hg; |
| Ventajas: | pequeña |
| Desventajas: | Contamina mas que las demas el medio ambiente. |
| Usos: | Son las baterias que se usan en los coches. |
| Quimica: | Anodo: Pb poroso; Catodo: Pb comprimido; inmersos en H2SO4(aq.). |
| Ventajas: | recargable, proporciona una gran corriente |
| Desventajas: | grande y pesada, en comparacion poca energia |
| Usos: | Son las pilas que se usan para dispositivos portatiles. |
| Quimica: | Anodo: Cd; Catodo: Ni; |
| Ventajas: | recargable, practicamente constante voltaje, ligera |
| Desventajas: | --- |
La constante de Faraday es la energia que tiene un mol de electrones. Como sabran un mol son 6.02 * 1023 particulas y cada electron tiene la carga e = 1.60217733 * 10-19 C. Esto da que la constant de Faraday son 9.6485309e4 C/mol de electrones.
Usted se preguntara para que puede servir esta constante. Para calcular problemas de cantidad de energia electrica convertida en energia quimica o viceversa. La operacion quimica contraria a la reaccion redox es la electrolisis. En la electrolisis la carga del Anodo y el Catodo cambian, ya que se produce la reaccion quimica contraria, se convierte energia electrica en energia quimica:
| Pilas | Anodo | Oxidacion | - |
|---|---|---|---|
| Catodo | Reduccion | + | |
| Electrolisis | Anodo | Oxidacion | + |
| Catodo | Reduccion | - |
Un ejemplo de un problema en el que la constante de Faraday es necesaria es este:
Una corriente de 0.01 A passa por una solucion de AgNO3 durante 8 horas. Cuanta masa de plata se acumularia en el anodo?
1. Primero hay que convertir el tiempo en horas, 8h es igual a 28 800s.
2. Despues hay que calcular la carga transferida, 0.01A = 0.01 C/s, 28 800s => 288 C
3. Confirmamos que la plata unicamente coge un electron por atomo.(en la tabla de standard reduction potentials)
4. Dividimos los 288 C por la constante de Faraday, 9.6485e4 C/mol, => 0.002985 mol
5. Como la masa atomica de la plata es 107.8682 g/mol, y tenemos 0.002985 mol de plata => m = 0.322g
Respuesta: La masa de plata acumulada en el anodo seria de 0.322 gramos.
