__________________________________________________________________QUÍMICA__________________________________________________________________
liberar gran cantidad de corriente por un corto tiempo, como el que toma encender el motor. A diferencia de la celda de Leclanché y la batería de mercurio, el acumulador de plomo es recargable, lo cual significa que se invierte la reacción electroquímica normal al aplicar un voltaje externo en el cátodo y en el ánodo (Este proceso se conoce como electrólisis). Las reacciones que restituyen los materiales originales son: 2Ánodo: PbSO4 (s) + 2e à Pb (s) + SO4 (ac) + 2Cátodo: PbSO4(s) + 2H2O(l) à PbO2(s) + 4H (ac) + SO4 (ac) + 2e
electrolito. El electrolito consiste de cloruro de amonio y cloruro de zinc en agua, al cual se le ha añadido almidón para que la disolución adquiera una consistencia pastosa espesa y no haya fugas. Como cátodo se utiliza una barra de carbón que está inmersa en el electrolito en el centro de la celda. Las reacciones de la celda son: 2+ Ánodo: Zn(s) à Zn (ac) + 2e + Cátodo: 2NH4 (ac) + 2e à 2NH3(g) + H 2(g) El amoníaco que se forma reacciona con iones cinc para formar un ion complejo cinc – amoniaco. 2+
Zn
(ac)
+ 2NH3 (g) →
__________________________________________________________________________ + (ac)
Global: 2PbSO4(s) + 2H2O(l) à Pb(s) + PbO2(s) + 4H
2+ [Zn(NH3)2] (ac)
2-
+ 2SO4
(ac)
La reacción global es exactamente contraria a la reacción normal de la celda. Cabe hacer notar dos aspectos de la operación del acumulador de plomo. En primer lugar, como la reacción electroquímica consume ácido sulfúrico, se puede saber qué tanto se ha descargado la batería midiendo la densidad del electrolito con un densímetro, como normalmente se hace en las gasolineras. La densidad del fluido en una batería “sana”, completamente cargada, debería ser mayor o igual a 1,2 g/mL. En segundo lugar, las personas que viven en climas fríos a veces tienen problemas con sus vehículos debido a que la batería “no pasa corriente”. Los cálculos termodinámicos muestran que la fem de muchas celdas electroquímicas disminuye cuando baja la temperatura. Sin embargo, el coeficiente de temperatura para una batería de plomo es de aproximadamente -4 –4 1,5 x 10 V/ºC; es decir, hay una disminución en el voltaje de 1,5 x 10 V por cada grado que baja la temperatura. De manera que, aun cuando hubiera un cambio de temperatura de unos 40ºC, la disminución en el voltaje sería de tan –3 sólo 6 x 10 V, que es aproximadamente: -3 (6 x 10 V) / 12V x 100 % = 0,05% del voltaje de operación, un cambio insignificante. Lo que realmente ocasiona que la batería falle es que aumenta la viscosidad del electrolito cuando baja la temperatura. Para que la batería funcione de manera adecuada, el electrolito debe ser totalmente conductor. Sin embargo, como los iones se mueven más lento en un medio viscoso, la resistencia del fluido aumenta y provoca que la energía que suministra la batería sea menor. Si una batería que aparenta estar “muerta” se caliente a la temperatura ambiente en un día frío, recupera su potencia normal. El acumulador de plomo es relativamente económico, confiable, sencillo y dura un tiempo aceptable. Su defecto es que es muy pesado (15 a 20 kg de Pb). Este metal puede contaminar el aire y las aguas freáticas y posiblemente causar envenenamiento.
El hidrógeno que se produce es oxidado por el MnO2 de la pila, así el hidrógeno gaseoso no se acumula. H 2(g) + 2MnO2(g) → Mn2O3(s) + H 2O (l) Todas estas reacciones originan el siguiente proceso neto que produce aproximadamente 1,5 V. Zn(s) + 2NH4+(ac) + 2MnO2(s) à [Zn(NH3)2]2+(ac) + H2O(l) + Mn2O3(s) 9.4. Batería acumulador de plomo Este tipo de batería también es conocida como pila húmeda, y se utiliza principalmente en automóviles y en otros vehículos de motor. La mayoría contienen ácido sulfúrico y plomo. Las baterías ácidas de plomo más pequeñas se utilizan en artículos como cámaras de vídeo y herramientas a motor. La batería o acumulador de plomo que se usa comúnmente en los automóviles consta de seis celdas idénticas unidas en serie. Cada celda tiene un ánodo de plomo y un cátodo hecho de dióxido de plomo (PbO2) empacado en una placa metálica. Tanto el cátodo como el ánodo están sumergidos en una disolución acuosa de ácido sulfúrico, que actúa como electrolito. Las reacciones de la celda son: 2Ánodo: Pb (s) + SO4 (ac) à PbSO4 (s) + 2e + 2Cátodo: PbO2(s) + 4H (ac) + SO4 (ac) + 2e à PbSO4(s) + 2H 2O (l) ----------------------------------------------------------------------------------------+ 2Global Pb (s) + PbO2(s) + 4H (ac) + 2 SO4 (ac) à 2PbSO4(s) + 2H2O (l) En condiciones normales de operación, cada celda produce 2 V; un total de 12 V de las seis celdas se utiliza para suministrar energía al circuito de encendido del automóvil y sus demás sistemas eléctricos. El acumulador de plomo puede
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