Conceptos Fundamentales de Química: Redox, Enlaces y Baterías

Agentes Oxidantes (Se Reducen)

• MnO₄⁻ → Mn²⁺
• F₂ → F⁻
• IO₃⁻ → I₂ / I⁻
• Cl₂ → Cl⁻
  • En medio básico: dismuta a Cl⁻ + ClO⁻
• H₂O₂ → H₂O
• Cr₂O₇²⁻ → Cr³⁺
• HNO₃ → NO
• ClO⁻ → Cl⁻

Dismutación

Un elemento se oxida y se reduce al mismo tiempo.

Agentes Reductores (Se Oxidan)

• H₂
• Fe²⁺ → Fe³⁺ (alta capacidad de oxidarse)

Hibridación y Geometría Molecular

Paso 1: Contar las Regiones Electrónicas

• Una región electrónica es un enlace simple, doble, triple o un par de electrones no compartido.

Paso 2: Asignar la Hibridación

1. Enlace Iónico

Metal + No Metal

Alta diferencia de electronegatividad (ΔEN > 1.7)

Forma redes cristalinas

Altos puntos de fusión y ebullición

Conducen electricidad en agua o fundidos

2. Enlace Covalente

No metal + No metal

Compartición de electrones

Baja conductividad eléctrica

Bajos puntos de fusión y ebullición

Sólidos, líquidos o gases a temperatura ambiente

3. Enlace Metálico

Metal + Metal

"Mar de electrones deslocalizados"

Conductores de electricidad y calor

Maleables y dúctiles (se pueden doblar y estirar)

Celdas Galvánicas y Baterías

Celda Galvánica

Definición: Dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica mediante una reacción redox espontánea.

• Ánodo (Oxidación): Zn (s) → Zn²⁺ (aq) + 2e⁻
• Cátodo (Reducción): Cu²⁺ (aq) + 2e⁻ → Cu (s)
• Reacción global: Zn (s) + Cu²⁺ (aq) → Zn²⁺ (aq) + Cu (s)

Pila Seca (Leclanché) – 1.5V

• Ánodo (-) (Oxidación):
  Zn (s) → Zn²⁺ (aq) + 2e⁻
• Cátodo (+) (Reducción):
  2 NH₄⁺ (aq) + 2 MnO₂ (s) + 2e⁻ → Mn₂O₃ (s) + 2 NH₃ (aq) + H₂O (l)
• Reacción global:
  Zn (s) + 2 NH₄⁺ (aq) + 2 MnO₂ (s) → Zn²⁺ (aq) + Mn₂O₃ (s) + 2 NH₃ (aq) + H₂O (l)

Características:

Barata y común en linternas y controles remotos.

Pila Alcalina – 1.5V

• Ánodo (-) (Oxidación):
  Zn (s) + 2 OH⁻ (aq) → ZnO (s) + H₂O (l) + 2e⁻
• Cátodo (+) (Reducción):
  2 MnO₂ (s) + H₂O (l) + 2e⁻ → Mn₂O₃ (s) + 2 OH⁻ (aq)
• Reacción global:
  Zn (s) + 2 MnO₂ (s) → ZnO (s) + Mn₂O₃ (s)

Características:

Mayor duración y rendimiento.

Electrolito alcalino (KOH).

Se usa en juguetes, relojes y cámaras.

Batería de Mercurio (1.35 V)

• Ánodo:
  Zn(Hg) (s) + 2 OH⁻ (aq) → ZnO (s) + H₂O (l) + 2e⁻
• Cátodo:
  HgO (s) + H₂O (l) + 2e⁻ → Hg (l) + 2 OH⁻ (aq)
• Reacción global:
  Zn(Hg) (s) + HgO (s) → ZnO (s) + Hg (l)

Características:

Pequeña y estable, usada en relojes y audífonos.

Mantiene un voltaje constante durante su uso.

❌ Contiene mercurio, altamente tóxico y en desuso.

Batería de Plomo (12 V)

• Ánodo:
  Pb (s) + SO₄²⁻ (aq) → PbSO₄ (s) + 2e⁻
• Cátodo:
  PbO₂ (s) + 4 H⁺ (aq) + SO₄²⁻ (aq) + 2e⁻ → PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)
• Reacción global:
  Pb (s) + PbO₂ (s) + 4 H⁺ (aq) + 2 SO₄²⁻ (aq) → 2 PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)

Características:

Usada en automóviles y sistemas de energía.

Recargable mediante electrólisis.

Pesada y contiene plomo, contaminante.

La batería de plomo se recarga invirtiendo la reacción química.