Uso de redox en pilas alcalínas

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Desde el principio de los tiempos el humano ah intentando facilitarse la vida innovando con nuevos artefactos pequeños y prácticos para el uso diario; la química ha sido una herramienta muy útil para nosotros pues nos da la oportunidad de crear nuevas propiedades en las sustancias las cuales podemos utilizarlas en dichos artefactos.

La evolución de las culturas trajo consigo el desarrollo de la ciencia y la investigación tecnológica. En los primeros tiempos, el descubrimiento del fuego fue un importante avance lo que coloco a este como la principal fuente de energía en el mundo por muchos siglos. De aquí surgió la idea de lograr accesos más prácticos a los diferentes tipos de energía. Al principio se inició con grandes aparatos, pero luego se optó por crear dispositivos de menor tamaño y que tuvieran la misma utilidad y capacidad de proveer energía.

Un ejemplo de esta evolución e innovación son las pilas, ya que su funcionamiento es proporcionar energía a los dispositivos electrónicos, sustituyendo a los cables y otras fuentes de energía que pudieran ser más eficientes y duraderas; las pilas son contenedores de dotan de energía a los aparatos pero por un periodo de tiempo y este dependerá de la calidad y la producción que cada empresa maneje.

La pila alcalina, fue desarrollada en los años 50 con el uso de electrolito alcalino e ingredientes activos, siendo utilizadas para aparatos electrónicos como, juguetes, radio, cámaras, etc.

La energía procedente de estas pilas, resulta de su composición química, pues bien,  una pila alcalina se fundamenta en la reacción de oxidación reducción que se da entre el zinc metálico y el dióxido de manganeso en medio básico (de ahí el nombre de “alcalina”). Como electrolito contiene hidróxido de potasio, (KOH), que es el que aporta el medio básico requerido por la reacción y cuya migración evita la polarización de la pila.

Las pilas secas o alcalinas pueden variar de diversas formas, pero todas tienen los mismos componentes básicos.

Partes de la pila:

1.- Contenedor. Una lata de acero que contiene los ingredientes y que forma el cátodo, una parte de la reacción química.

2.- Cátodos. Una mezcla de dióxido de manganeso y carbón. Los cátodos son electrodos reducidos por una reacción electroquímica.

3.- Separador. Tejido sin trama y fibroso que separa los electrodos.

4.- Ánodo. Zinc metálico en polvo, los ánodos son electrodos que se oxidan.

5.- Electrodos. Donde se lleva a cabo la reacción electroquímica.

6.- Electrolito. Una solución de hidróxido de potasio en agua. El electrolito es el medio para el movimiento de los iones dentro de la celda y lleva la corriente dentro de la pila.

7.- Colector. Un alfiler de bronce en el medio de la celda que conduce la electricidad hacia el circuito exterior.

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 del electrolito (desde el cátodo al ánodo) para mantener la pila sin que sufra polarización.

En el ánodo, es decir, en el electrodo de polaridad negativa, se produce la oxidación del Zn pulverizado, mientras que en el cátodo, es decir, en el electrodo de polaridad positiva, se produce la reducción del óxido de manganeso (IV), MnO2, (que actúa como oxidante) para dar óxido de manganeso (III), Mn2O3.

El proceso global de una pila alcalina se puede escribir como:

Zn(s) + 2OH-(ac) + 2MnO2(s) + 2 H2O           Zn(OH)4(ac)-2 + Mn2O3 + H2O[pic 5]

Las semirreacciones que se producen son las siguientes:

Oxidación                               Zn(s) + 4OH-(ac)               Zn (OH)4(aq)-2 + 2e[pic 6]

Reducción                       2MnO2(s) + 2H2O + 2e           Mn2O3 + H2O + 2OH-(ac)[pic 7]

Una pila alcalina basada en esta reacción Zn/MnO2 en medio básico tiene una fuerza electromotriz o potencial estándar de 1,5V, por eso duran mucho, pero, no obstante, cuando las pilas alcalinas dejan de durar y tengas que deshacerte de ellas, recuerda que no se deben desechar en la basura doméstica, sino en puntos verdes habilitados al efecto o, incluso, en los mismos establecimientos donde las adquiriste.

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