pilas alcalinas
Páginas: 5 (1201 palabras)
Publicado: 23 de mayo de 2013
Pilas alcalinas
reciben su nombre porque contienen un electrolito alcalino de hidróxido de potasio, en lugar del cloruro de amonio en medio ácido o el cloruro de zinc electrolítico de la pilas de zinc-carbono que ofrecen el mismo voltaje nominal y el mismo tamaño físico.
En una pila alcalina, el ánodo (polo negativo) está hecho de polvo de zinc (que permite una mayor superficie para aumentarla velocidad de la reacción y por lo tanto aumentar el flujo de electrones) y el cátodo (polo positivo) se compone de dióxido de manganeso. Las pilas alcalinas son comparables a las pilas de zinc-carbono, pero la diferencia es que las pilas alcalinas usan hidróxido de potasio, (KOH), como electrolito en vez de cloruro de amonio o cloruro de zinc, en las pilas salinas.
De modo simplificado, lassemirreacciones son:2 3
Oxidación: Zn (s) + 2OH− (aq) → ZnO (s) + H2O (l) + 2e−
Reducción: 2MnO2 (s) + H2O (l) + 2e− →Mn2O3 (s) + 2OH− (aq)
Mecanismos de las reacciones durante la descarga de la pila
El proceso redox que produce la corriente de electrones del ánodo al cátodo es la oxidación del zinc y la reducción del dióxido de manganeso, con la migración de iones hidróxido delelectrolito (desde el cátodo al ánodo) para mantener la pila sin que sufra polarización. Estas reacciones son complejas y transcurren en varias etapas por lo que conviene detallarlas.
Reacciones en el ánodo (oxidación)
Durante la descarga, el zinc metálico (Zn) se oxida en el ánodo, liberando dos electrones mientras pasa de número de oxidación 0 a +II. El producto de reacción depende de las condicionesen las que tiene lugar la oxidación. Si la concentración de OH- es alta, se forma el ion tetrahidroxizincato (II), Zn(OH)42-). Posteriormente, se descompone formando óxido de zinc sólido.
Cuando el electrolito se satura de zinkato, se descompone en óxido de zinc (ZnO).
Si la concentración de OH- es menor, se forma hidróxido de zinc, (Zn(OH)2) que también se descompone dando (ZnO).Reacciones en el cátodo (reducción)
Como material de cátodo, se emplea dióxido de manganeso electrolítico (γ-MnO2 o pirolusita) con actividad electroquímica alta. Durante la descarga el dióxido de manganeso, MnO2, se reduce en el cátodo, en una primera etapa a hidroxióxido de manganeso (III), MnO(OH), es decir el manganeso ha sufrido una disminución de su nº de oxidación, de IV+ a III+.
Estareacción es inusual, ya que el producto obtenido, hidroxióxido,4 α-MnO(OH) (Groutita) tiene la misma estructura cristalina que el material de partida γ-MnO2.
Bajo ciertas condiciones, en las descargas leves el hidroxióxido de manganeso (III), MnO(OH), se reducirá aún más en una segunda reacción lenta.
Esta reacción es una reacción heterogénea, la reducción real se lleva a cabo en solución. ElMn3+ se une a iones hidróxido OH- para formar el complejo [Mn(OH)4]- en la disolución, que se reduce a [Mn(OH)4]2-. El verdadero producto sólido, Mn(OH)2, se forma luego en la disolución saturada de [Mn(OH)4]2-.
Reacción redox
Se tiene en cuenta sólo la reacción que se da en primer lugar, el resultado de la reacción global en una pila alcalina es:
Como se desprende de la ecuación anterior para lareacción global, durante la descarga se consume agua por lo que el funcionamiento de una pila alcalina de manganeso hace que realmente sea una pila "seca".
Reacciones secundarias
El zinc es termodinámicamente inestable en solución fuertemente alcalina. Existe evidencia de una reacción secundaria en el ánodo de zinc (Zn) en la que éste se oxida mientras se reduce el agua (H2O) para formarhidrógeno gaseoso (H2).
Esta reacción que se describe se produce durante el almacenamiento de las pilas no agotadas. La velocidad de reacción es relativamente baja para el zinc de alta pureza. Incluso pequeñas cantidades de contaminantes (por ejemplo, metales pesados como elhierro, cobre, molibdeno y níquel) pueden aumentar de manera espectacular, sin embargo, la formación de gas.
La capacidad...
reciben su nombre porque contienen un electrolito alcalino de hidróxido de potasio, en lugar del cloruro de amonio en medio ácido o el cloruro de zinc electrolítico de la pilas de zinc-carbono que ofrecen el mismo voltaje nominal y el mismo tamaño físico.
En una pila alcalina, el ánodo (polo negativo) está hecho de polvo de zinc (que permite una mayor superficie para aumentarla velocidad de la reacción y por lo tanto aumentar el flujo de electrones) y el cátodo (polo positivo) se compone de dióxido de manganeso. Las pilas alcalinas son comparables a las pilas de zinc-carbono, pero la diferencia es que las pilas alcalinas usan hidróxido de potasio, (KOH), como electrolito en vez de cloruro de amonio o cloruro de zinc, en las pilas salinas.
De modo simplificado, lassemirreacciones son:2 3
Oxidación: Zn (s) + 2OH− (aq) → ZnO (s) + H2O (l) + 2e−
Reducción: 2MnO2 (s) + H2O (l) + 2e− →Mn2O3 (s) + 2OH− (aq)
Mecanismos de las reacciones durante la descarga de la pila
El proceso redox que produce la corriente de electrones del ánodo al cátodo es la oxidación del zinc y la reducción del dióxido de manganeso, con la migración de iones hidróxido delelectrolito (desde el cátodo al ánodo) para mantener la pila sin que sufra polarización. Estas reacciones son complejas y transcurren en varias etapas por lo que conviene detallarlas.
Reacciones en el ánodo (oxidación)
Durante la descarga, el zinc metálico (Zn) se oxida en el ánodo, liberando dos electrones mientras pasa de número de oxidación 0 a +II. El producto de reacción depende de las condicionesen las que tiene lugar la oxidación. Si la concentración de OH- es alta, se forma el ion tetrahidroxizincato (II), Zn(OH)42-). Posteriormente, se descompone formando óxido de zinc sólido.
Cuando el electrolito se satura de zinkato, se descompone en óxido de zinc (ZnO).
Si la concentración de OH- es menor, se forma hidróxido de zinc, (Zn(OH)2) que también se descompone dando (ZnO).Reacciones en el cátodo (reducción)
Como material de cátodo, se emplea dióxido de manganeso electrolítico (γ-MnO2 o pirolusita) con actividad electroquímica alta. Durante la descarga el dióxido de manganeso, MnO2, se reduce en el cátodo, en una primera etapa a hidroxióxido de manganeso (III), MnO(OH), es decir el manganeso ha sufrido una disminución de su nº de oxidación, de IV+ a III+.
Estareacción es inusual, ya que el producto obtenido, hidroxióxido,4 α-MnO(OH) (Groutita) tiene la misma estructura cristalina que el material de partida γ-MnO2.
Bajo ciertas condiciones, en las descargas leves el hidroxióxido de manganeso (III), MnO(OH), se reducirá aún más en una segunda reacción lenta.
Esta reacción es una reacción heterogénea, la reducción real se lleva a cabo en solución. ElMn3+ se une a iones hidróxido OH- para formar el complejo [Mn(OH)4]- en la disolución, que se reduce a [Mn(OH)4]2-. El verdadero producto sólido, Mn(OH)2, se forma luego en la disolución saturada de [Mn(OH)4]2-.
Reacción redox
Se tiene en cuenta sólo la reacción que se da en primer lugar, el resultado de la reacción global en una pila alcalina es:
Como se desprende de la ecuación anterior para lareacción global, durante la descarga se consume agua por lo que el funcionamiento de una pila alcalina de manganeso hace que realmente sea una pila "seca".
Reacciones secundarias
El zinc es termodinámicamente inestable en solución fuertemente alcalina. Existe evidencia de una reacción secundaria en el ánodo de zinc (Zn) en la que éste se oxida mientras se reduce el agua (H2O) para formarhidrógeno gaseoso (H2).
Esta reacción que se describe se produce durante el almacenamiento de las pilas no agotadas. La velocidad de reacción es relativamente baja para el zinc de alta pureza. Incluso pequeñas cantidades de contaminantes (por ejemplo, metales pesados como elhierro, cobre, molibdeno y níquel) pueden aumentar de manera espectacular, sin embargo, la formación de gas.
La capacidad...
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