lunes, marzo 04, 2013

Por qué las baterías mantienen un potencial casi constante hasta que se descargan del todo de forma brusca | Francis (th)E mule Science's News

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4 marzo 2013

Por qué las baterías mantienen un potencial casi constante hasta que se descargan del todo de forma brusca

Dibujo20130303 nernst potential surface - wet galvanic cell
El término logarítmico en la ecuación de Nernst de la electroquímica permite entender por qué el voltaje de una batería se mantiene casi constante mientras se descarga y cae rápidamente al final (de ahí que muchos tengan miedo a ver el mensaje “batería baja” en un dispositivo electrónico pues indica que muy pronto dejará de funcionar). Para una pila galvánica con electrodos de hierro como cátodo, Fe3+ + e ⇄ Fe2+ (E0=0,770 V), y electrodo de cobre como ánodo, Cu2+ + e ⇄ Cu+ (E0=0,158 V), el potencial de Nernst en el cátodo es E=E0+α ln (AFe3+/AFe2+), y en el ánodo E=E0+α ln (ACu2+/ACu+); como muestra la figura (para el cátodo), la presencia del logaritmo hace que el valor de E (potencial del electrodo expresado en voltios) sea casi igual a E0 (potencial normalizado del electrodo) salvo en los momentos finales de la descarga. El valor de la constante es α=RT/(nF), donde R es la constante universal de los gases, T es la temperatura absoluta en Kelvin, n es la cantidad de electrones transferidos en la reacción, F es la constante de Faraday. Nos lo cuenta Garon C. Smith, Md. Mainul Hossain, Patrick MacCarthy, “Why Batteries Deliver a Fairly Constant Voltage until Dead,” Journal of Chemical Education 89: 1416−1420, 2012.
Dibujo20130303 logarithmic-grid nernst surface with maximum activity
Muchas veces en un primer curso de Química se ilustra la ecuación de Nernst con ejes en escala logarítmica. Como muestra esta figura, en dicho caso no se ve clara la razón del porqué las baterías mantienen su diferencia de potencial casi constante.
Dibujo20130303 diagram mercury oxide dry cell battery - chemical reactions two-step process each electrode
Dibujo20130303 chemical reactions mercury oxide dry cell battery
Los potenciales de Nernst para pilas de tipo botón (baterías de zinc-óxido de mercurio) o para las baterías de iones de litio son muy similares, por lo que el fenómeno también se da en estas baterías. Esta figura ilustra las reacciones químicas en una pila de tipo botón, a las que se puede aplicar directamente la ecuación de Nernst.
Esta entrada participa en el XXIII Carnaval de la Química alojado en el blog molesybits. Si quieres contribuir, recuerda que el plazo para la presentación de entradas participantes comienza el 4 de marzo y finaliza el 4 de mayo. El tema de las entradas participantes es libre, siempre y cuando tenga relación con las Ciencias Químicas.

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