Grado 12
  1. Estado sólido  1.1. Clasificación de sólidos  1.2. Celosía cristalina y celda unitaria  1.3. Eficiencia de Embalaje  1.4. Densidad de la celda unidad  1.5. Imperfecciones en sólidos (defectos puntuales y lineales)  1.6. Propiedades Eléctricas de los Sólidos (Conductores, Aislantes y Semiconductores)  1.7. Propiedades Magnéticas de los Sólidos (Materiales Diamagnéticos, Paramagnéticos y Ferromagnéticos)
  2. Solución  2.1. Tipos de Soluciones (Homogéneas y Heterogéneas)  2.2. Expresando la concentración de soluciones (masa %, volumen %, molaridad, molalidad, normalidad, fracción molar)  2.3. Solubilidad de sólidos y gases en líquidos (ley de Henry)  2.4. La ley de Raoult y las soluciones ideales y no ideales  2.5. Propiedades del síndrome  2.6. Masa molar anormal y factor de Van't Hoff
  3. Electroquímica  3.1. Celdas electroquímicas (celdas galvánicas y electrolíticas)  3.2. Célula galvánica y EMF de la célula  3.3. Pontencial de electrodo estándar y serie electroquímica  3.4. Ecuación de Nernst y sus aplicaciones  3.5. Conductividad y celdas electrolíticas (conductividad específica, molar y equivalente)  3.6. La ley de Kohlrausch y sus aplicaciones  3.7. Baterías (celdas primarias y secundarias)  3.8. Corrosión y su prevención
  4. Cinética química  4.1. Velocidad de reacción química  4.2. Factores que afectan la velocidad de reacción (concentración, temperatura, catalizador, área superficial)  4.3. Orden y molecularidad de la reacción  4.4. Ecuaciones de tasa integrada (orden cero, primero y segundo)  4.5. Vida media de una reacción  4.6. Teoría de colisiones y energía de activación  4.7. Ecuación de Arrhenius y sus aplicaciones
  5. Química de superficies  5.1. Adsorción y sus tipos (Fisisorción y Quimisorción)  5.2. Catalisis y sus tipos (homogénea y heterogénea)  5.3. Coloides y sus propiedades (efecto Tyndall, movimiento Browniano, coagulación)  5.4. Emulsiones y geles  5.5. Aplicaciones de los coloides
  6. Principios generales y procesos de separación de elementos  6.1. Presencia de metales y minerales  6.2. Concentración de minerales (separación por gravedad, flotación por espuma, separación magnética)  6.3. Extracción de metales en bruto (tostado, calcinación, reducción)  6.4. Principios termodinámicos y electroquímicos de la metalurgia  6.5. Refinación de Metales
  7. Elementos del bloque p  7.1. Elementos del grupo 15 (nitrógeno y fósforo)  7.2. Elementos del Grupo 16 (Oxígeno, Azufre y sus Compuestos)  7.3. Elementos del Grupo 17 (Halógenos y sus Compuestos)  7.4. Elementos del Grupo 18  7.5. Propiedades y Tendencias en Elementos del Bloque p  7.6. Compuestos importantes de los elementos del bloque p (amoníaco, fosfina, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico)  7.7. Compuestos interhalógenos y sus aplicaciones
  8. Elementos del bloque d y del bloque f  8.1. Propiedades Generales de los Metales de Transición  8.2. Propiedades de los metales de transición interna (lantanoides y actinoides)  8.3. Contracciones de los lantanoides y actinoides  8.4. Química de Coordinación de Elementos del Bloque d
  9. Compuestos de coordinación  9.1. La teoría de Werner y los conceptos modernos  9.2. Número de coordinación y tipo de ligando  9.3. Nomenclatura de Compuestos de Coordinación  9.4. Isomería (geométrica y óptica) en compuestos de coordinación  9.5. Enlace en compuestos de coordinación (Teoría del enlace de valencia y teoría del campo cristalino)  9.6. Estabilidad y aplicaciones de los compuestos de coordinación en medicina e industria
  10. Haloalcanos y haloarenos  10.1. Clasificación y nomenclatura de haloalcanos y haloarenos  10.2. Propiedades Físicas y Químicas de Haloalcanos y Haloarenos  10.3. Mecanismo de Reacciones de Sustitución Nucleofílica (SN1 y SN2)  10.4. Usos y efectos ambientales (agotamiento del ozono, CFCs)
  11. Alcohol, fenol y éter  11.1. Estructura y clasificación de alcoholes, fenoles y éteres  11.2. Preparación y propiedades de los alcoholes  11.3. Preparación y propiedades del fenol  11.4. Preparación y propiedades de los éteres  11.5. Reacciones y Usos Químicos
  12. Aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos  12.1. Estructura y nomenclatura de aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos  12.2. Preparación y propiedades de aldehídos y cetonas  12.3. Reacciones químicas en aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos (adición nucleofílica, oxidación y reducción)  12.4. Preparación y propiedades de los ácidos carboxílicos  12.5. Reacciones químicas y usos de los ácidos carboxílicos
  13. Compuestos orgánicos que contienen nitrógeno  13.1. Aminas (clasificación, estructura, basicidad)  13.2. Preparación y propiedades de las aminas  13.3. Reacciones de Aminas (Diazotización, Reacción de Carbylamina)  13.4. Sales de diazonio y sus aplicaciones en la industria de pinturas
  14.1. Carbohidratos (clasificación y propiedades)  14.2. Proteínas (Estructura y Función)  14.3. Enzimas (Mecanismo y Función)  14.4. Ácidos nucleicos (ADN y ARN)  14.5. Vitaminas y hormonas
  15. Polímero  15.1. Clasificación de polímeros (Adición, Condensación, Copolímeros)  15.2. Tipos de polimerización (radical libre, iónica, condensación)  15.3. Polímeros importantes y sus usos  15.4. Polímeros biodegradables y no biodegradables
  16. La química en la vida cotidiana  16.1. Medicamentos y su clasificación (analgésicos, antipiréticos, antibióticos, antiácidos)  16.2. Químicos en alimentos y cosméticos (conservantes, edulcorantes artificiales, antioxidantes)  16.3. Agentes de limpieza y detergentes (jabones, detergentes sintéticos, surfactantes)  16.4. Química Ambiental (Contaminación, Química Verde, Química Sostenible)

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Baterías (celdas primarias y secundarias)


Las baterías son dispositivos químicos fascinantes que han transformado nuestro mundo. Alimentan nuestros hogares, vehículos, gadgets y más. En el estudio de la electroquímica, las baterías se dividen en dos tipos principales: celdas primarias y celdas secundarias. Esta guía completa te llevará a través de los funcionamientos internos de estas celdas, su química, ventajas, desventajas y más. Comencemos por entender algunos conceptos básicos.

Conceptos básicos de electroquímica

La electroquímica involucra reacciones químicas que producen energía eléctrica o viceversa. Al hablar de baterías, es necesario entender términos clave como electrodo, electrolito, ánodo y cátodo.

  • Electrodo: Un conductor a través del cual la electricidad entra o sale de un medio.
  • Electrolito: Una sustancia que contiene iones libres, lo que la convierte en un buen conductor de electricidad.
  • Ánodo: El electrodo donde ocurre la oxidación (pérdida de electrones).
  • Cátodo: El electrodo donde ocurre la reducción (ganancia) de electrones.

Entendiendo las celdas electroquímicas

Una celda electroquímica consiste en dos electrodos sumergidos en un electrolito. Aquí tienes una simple ilustración visual:

Ánodo Cátodo Electrolito

Los electrones en una batería fluyen desde el ánodo al cátodo a través de un circuito externo, mientras que los iones se mueven a través del electrolito, manteniendo el equilibrio de carga.

Celdas primarias

Las celdas primarias son baterías de un solo uso que no se pueden recargar. Están diseñadas para ser usadas hasta que se descargan y luego se desechan. El tipo más común de celda primaria es la batería alcalina, pero hay muchos otros tipos, cada uno utilizando diferentes materiales y químicas.

Baterías alcalinas

Las baterías alcalinas son ampliamente utilizadas y reciben su nombre por su electrolito alcalino, que suele ser hidróxido de potasio (KOH). Tienen una mayor densidad de energía que las baterías tradicionales de zinc-carbono y se usan en dispositivos como controles remotos, linternas y juguetes.

Reacciones químicas en baterías alcalinas

Las baterías alcalinas utilizan zinc y dióxido de manganeso como electrodos. Las reacciones químicas se pueden escribir como:

Reacción del ánodo: Zn(s) + 2OH⁻(aq) → ZnO(s) + H₂O(l) + 2e⁻
Reacción del cátodo: 2MnO₂(s) + 2e⁻ + H₂O(l) → Mn₂O₃(s) + 2OH⁻(aq)

Aquí tienes una visualización de las reacciones que ocurren en una celda alcalina:

Zn(ánodo) MnO₂ (cátodo) HO⁻ H₂O

Ventajas y desventajas de las celdas primarias

Las celdas primarias son convenientes y comúnmente utilizadas porque son baratas y fáciles de usar. Sin embargo, tienen limitaciones:

  • Beneficio:
    • Baratas y ampliamente disponibles.
    • Duraderas incluso cuando no se usan.
    • Diseño simple sin mantenimiento.
  • Desventaja:
    • No se pueden recargar, lo que las convierte en inútiles una vez descargadas.
    • Menor eficiencia eléctrica que las celdas secundarias.
    • Problemas ambientales debido a su eliminación.

Celdas secundarias

Las celdas secundarias, también llamadas baterías recargables, pueden descargarse y recargarse muchas veces. Esta capacidad proviene de reacciones químicas reversibles. Son importantes para muchas aplicaciones, desde teléfonos móviles hasta vehículos eléctricos.

Baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio son de las más populares entre las celdas secundarias debido a su alta densidad de energía, peso ligero y larga vida de ciclo. Alimentan todo, desde teléfonos inteligentes hasta automóviles.

Reacciones químicas en baterías de iones de litio

Estas baterías tienen un ánodo de grafito y un cátodo de óxido de cobalto de litio (LiCoO₂). Durante la descarga, los iones de litio se mueven del ánodo al cátodo, creando un flujo de electrones en el circuito externo que alimenta los dispositivos.

Descarga (reacción anticipada):
Ánodo: LiC₆ → C₆ + Li⁺ + e⁻
Cátodo: LiCoO₂ + Li⁺ + e⁻ → Li₂CoO₂

Carga (reacción inversa):
Ánodo: C₆ + Li⁺ + e⁻ → LiC₆
Cátodo: Li₂CoO₂ → LiCoO₂ + Li⁺ + e⁻

Así es como se ven estas reacciones en una batería:

Grafito (ánodo) LiCoO₂ (cátodo) li⁺ li⁺

Ventajas y desventajas de las celdas secundarias

Las celdas secundarias tienen muchas ventajas, lo que las hace adecuadas para su uso repetido. Sin embargo, también presentan desafíos:

  • Beneficio:
    • Se pueden recargar múltiples veces, reduciendo así los residuos.
    • Generalmente ofrecen mejor rendimiento de potencia.
    • Costo efectivo a largo plazo.
  • Desventaja:
    • El costo inicial es más alto que el de las celdas primarias.
    • Requiere cargador y tiempo para recargar.
    • El ciclo constante causa degradación con el tiempo.

Comparación entre celdas primarias y secundarias

Conocer la diferencia entre celdas primarias y secundarias es importante para elegir la batería correcta para aplicaciones específicas. Aquí tienes un análisis comparativo:

Especialidad Celdas primarias Celdas secundarias
Ciclo de Carga Uso único, no recargables Recargables múltiples veces
Costo Bajo costo inicial Mayor costo inicial pero rentable a lo largo del tiempo
Impacto Ambiental Mayor debido al desecho Reducido con reciclaje adecuado
Densidad de Energía Varía según el tipo, generalmente baja Alta densidad de energía

Aplicaciones de las baterías

El papel de las baterías en la sociedad moderna es muy importante. Aquí hay algunas áreas donde se utilizan diferentes tipos de baterías:

  • Electrónica de consumo: Dispositivos como smartphones, tabletas y portátiles dependen en gran medida de baterías de iones de litio por su alta densidad de energía y longevidad.
  • Aplicaciones automotrices: Baterías de plomo-ácido para arrancar vehículos convencionales, y baterías de iones de litio para alimentar vehículos eléctricos.
  • Dispositivos médicos: Fuentes de energía confiables en dispositivos como marcapasos y audífonos, donde el rendimiento estable es crítico.
  • Almacenamiento de energía: En sistemas de energía solar, las baterías recargables almacenan energía para su uso posterior, promoviendo fuentes de energía renovable.

El futuro de la tecnología de baterías

La tecnología de baterías sigue desarrollándose a un ritmo rápido, enfocándose en aumentar la eficiencia, capacidad y reducir el impacto ambiental:

  • Baterías de sodio-ión: Una alternativa prometedora a las de iones de litio con costos de materiales más baratos.
  • Baterías de estado sólido: Proporcionan mayor densidad de energía y seguridad al usar un electrolito sólido en lugar de líquido.
  • Reciclaje avanzado: Programas dirigidos a reducir los desechos de baterías y recuperar materiales valiosos.

A medida que evoluciona la tecnología de baterías, promete traer mejoras que pueden alimentar nuestro mundo de manera más eficiente y sostenible.


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Baterías (celdas primarias y secundarias)

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