Elektrolys av vatten?

[treton]

Eli har rätt, det kommer bildas nya snaskiga saker i mäsken som knappast förhöjer smakupplevelsen. Dessutom behöver du bra ledningsförmåga för att köra elektrolys utan att det i praktiken blir destillation av värmen från jonströmmen i mäsken.

[IDÉATOR]

Se och lär

http://www.youtube.com/watch?v=gfk8jXVU ... re=related

[Henry]

Normalt funtade personer har förstås dimensionerat kablar m.m. så att de inte blir glödande vid strömmen som används och har sedan förstås inte heller dessa delar i ett moln av vät och syrgas..

[94vikcha]

Hej!

Har ett projekt i skolan där vi ska utvinna olika gaser (klorgas, syrgas, vätgas) genom att spjälka upp vatten (med NaCl upplöst) m.h.a. elektrolys. Detta skall göras på ett så kostnaseffektivt sätt, alltså så energisnålt det bara går.

Har utformat en hypotes som säger att vi kommer få alla tre gaserna enligt de ungefärliga proportionerna proportionerna 1:77:157 (1 klorgas, 77 syrgas, 157 vätgas). Har även hittat en raport ifrån AFCESA som teoretiskt beräkar den behövda spänningen för att möjliggöra spjälkningen. Enligt dessa beräkningar krävs 1,23 volt + lite extra för spänningsförluster.

Talade idag med min fysiklärare och han påstod att det kommer krävas spänning runt 30 000 volt för att få fram syrgas. Han menar att vi endast kommer få vätgas och klorgas. Har han fel?

[Meduza]

Ja det måste vara fel.... vätgas/syrgas är ju inget problem att få ut ur vatten med rätt låga spänningar...

Dessutom, om ni bara skulle få ut vätgas och klorgas.... vad skulle då vara kvar i vattnet?
(Svar: Natrium och Syre, och det låter ju inte som en särskilt rimlig slutsats att det skulle vara en flytande syre-natrium-blandning kvar...)

[94vikcha]

Tack för snabbt svar.

Han menar nog att Na+ kommer binda sig med hydroxidjoner i vattnet. Alltså Na binder med OH ifrån vattnets H20, då blir det 1 H-atom kvar som binder med en annan och blir till vätgas. Men jag anser att hydroxidjonen även borde spjälkas upp och därigenom skapas syrgas...

[94vikcha]

Talade med han nu igen och han stod fast vid vad han sa. Han menar att vi kommer få se klorgas vid anoden och vätgas vid katoden. Enligt honom krävs det alldeles för mycket energi för att separera hydroxidjonen. Aja, det blir väll upp till morgondagens labb att visa vem som har rätt!

Angående strömstyrkan (ampere), visst ska den vara relativt proportionell mot produktionen? Dvs, i ett lönsamhets perspektiv torde inte strömmen spela stor roll? Har dock läst att hög ampere ger mycket värmeförluster och således något lägre effektivitet. Om man ändå vill ha en hög och snabb produktion tjänar man på att kyla ner vattnet, stämmer detta? Vilken temperatur är ultimat för elektrolysen?

Undrar även hur många % NaCl som ger den bästa effektiviteten. Ju mer natriumklorid, desto mer klorgas får vi ju. Men för en så effektiv framställning av vätgas som möjligt, vad hade ni haft för saltmängd? (ex. 1g NaCl + 99g H2O = 1% salt)

[hcb]

Nu har jag inte alla detaljer i huvudet, men oxidationen av hydroxidjon till vätgas, vatten och elektroner har en standardpotential på +1.23 V mot NHE, och oxidationen av 2Cl- till Cl2 har standardpotentialen +1.36 V. I din lösning måste du räkna om standardpotentialerna till faktiska potentialer med hjälp av Nernsts ekvation för att ta reda på vilken reaktion som sker vid lägst potential. Dock kompliceras det hela att så snart reaktionen drivs åt ena eller andra hållet så är systemet inte längre i jämvikt, och man måste ta hänsyn till överpotentialer. Detta leder till att det inte är helt enkelt att säga vilken reaktion som kommer att ta/frisätta de flesta elektronerna. Se [url=http://en.wikipedia.org/wiki/Overpotential]Wikipediaartikeln[url] för en kort sammanfattning.

Brasklapp: jag är snortrött och det var rätt länge sedan jag behövde bekymra mig om dynamisk elektrokemi.

Var fysiksnubben har fått 30,000 V från vet jag inte, men han är ute och cyklar i busken, i alla fall i förhållande till det experiment du skall göra.

[94vikcha]

Ja det måste vara fel.... vätgas/syrgas är ju inget problem att få ut ur vatten med rätt låga spänningar...

Dessutom, om ni bara skulle få ut vätgas och klorgas.... vad skulle då vara kvar i vattnet?
(Svar: Natrium och Syre, och det låter ju inte som en särskilt rimlig slutsats att det skulle vara en flytande syre-natrium-blandning kvar...)

Något måste vara skumt. Vi fick ingen syrgas... Bara små kvantiter av klorgas vid anoden och vätgas vid katoden.

Varierade spänningen mellan 2-9 volt med varierat resultat. Inget gav oss syrgas dock. Strömstyrkan låg någonstans runt ett tiotal mA (torde väll inte spela någon roll för övrigt?). Anoderna var av Pt och vi prövade två olika saltlösningar, en med ~0,7M och en med ~3M.

Blandade i bromtymolblå pH-indicator innan elektrolysen började och man fick då en bekräftelse på att hydroxidjoner skapades vid katoden, tillsammans med vätgasen såklart. Efter vi samlat in ca 2ml vätgas slutade processen och hela lösningen var då basisk med pH på runt 11.

Varför kom det ingen syrgas?

[hcb]

>ett tiotal mA (torde väll inte spela någon roll för övrigt?)

Jo, det spelar roll, för så snart cellen inte längre är i jämvikt ändras potentialerna. Läs Wikipediasidan som jag länkade till i mitt förra inlägg.

[94vikcha]

Läste artikeln du länkade men förstod helt ärligt inte speciellt mycket. Hitta dock detta på sökordet "Electrcatalyst":

One of the greatest drawbacks to galvanic cells like fuel cells and various forms of electrolytic cells is that they can suffer from high activation barriers. The energy diverted to overcome these activation barriers is transformed into heat. In most exothermic combustion reactions this heat would simply propagate the reaction catalytically. In a redox reaction, this heat is a useless byproduct lost to the system. The extra energy required to overcome kinetic barriers is usually described in terms of low faradayic efficiency and high overpotentials. In the example above, each of the two electrodes and its associated half-cell would require its own specialized electrocatalyst.

Vad är egentligen överpotential?

Menar dom att energin vi tillför (låg strömstyrka) endast blir till värmeenergi istället för att oxidera hydroxidjonen då den har någon form utav energibarriär man måste överkomma?

En person i skolan sa att vi skulle få syrgas bara vi väntade tillräckligt länge. Eftersom Cl-reaktionen har lägre normalpotential (-1,36 då den går till oxform) än OH- reaktionen (normalpotential på -0,40 vid oxidation) kommer först alla klor-atomer gå över till gasform för att sedan ge plats åt hydroxidjonerna att oxidera, låter det rimligt?

[rikkitikkitavi]

överpotentialen uppkommer för att det inte är en "perfekt" elektrolys (låg strömtäthet) och innebär att man måste höja spänningen utöver vad som är teoretiskt nödvändigt.

ett exempel är produktion av NaOH genom elektrolys av NaCL med kvicksilverceller.
Vid katoden bildas Na genom Na+ tar upp elektroner och löser sig i kvicksilvret. Detta sker istället för att H2O+ elektroner => OH- + H2
pga H2 har en hög överpotential på kvicksilver.

Syrgas uppvisar också överpotential på många elektrodmaterial varför det kan hindra produktionen. Överpotentialen återfinns givetvis som värme i lösningen.

I praktiken är detta ett av hindren för att producera syre/väte på detta sätt då överpotentialen kan vara hög.

Lägst är den på platinametaller. därför är 0 - volts referenselektroden H2 cellen i sur lösning med en platinaelektrod, eller var ialla fall tidigare.


30 000 V är helt uppåt väggarna.

[xxargs]

och just när man elektrolyserar vatten med koksalt så blir det en massa sidoreaktioner som att bildade klorgasen och andelen syre kanske skapar underklorsyrlighet som löser sig direkt i vattnet istället för att bubbla upp och när det blandar sig med bildade NaOH från andra elektroden så får man natriumhypoklorid mm. mm.

då elektrolysering bänder på reglerna mer än vad som annars sker spontant så går det tillverka en massa skumma och inte alltid så hälsosamma ämnen...

[hcb]

>Vad är egentligen överpotential?

Det motsvarar aktiveringsenergin i termiska reaktioner.


Aktiveringsenergin är den energi som måste tillföras reaktanterna för att de skall kunna passera aktiveringsbarriären (högsta punkten på kurvan). I termiska reaktioner får man tillbaka den energin när reaktanterna bildar produkten/-erna, men i elektrolyssammanhang är den bara bortkastad. Överpotentialen kan bero på flera saker, bland annat att det krävs en del energi för att skapa en gasbubbla på en yta.

>kommer först alla klor-atomer gå över till gasform för att sedan ge plats åt hydroxidjonerna att oxidera, låter det rimligt?
Ja, det är (om jag sett rätt på potentialerna) korrekt. Dock händer det som xxargs påpekar i basisk lösning en del annat som kan ställa till det. Se det så här: när all Cl- oxiderats till Cl2 som avgått i gasform kommer den näst mest lättoxiderade specien att oxideras. Samma sak gäller t.ex. vid offeranoder på båtar och i tankar.

[94vikcha]

Ja, det är (om jag sett rätt på potentialerna) korrekt. Dock händer det som xxargs påpekar i basisk lösning en del annat som kan ställa till det. Se det så här: när all Cl- oxiderats till Cl2 som avgått i gasform kommer den näst mest lättoxiderade specien att oxideras. Samma sak gäller t.ex. vid offeranoder på båtar och i tankar.

Okej, tack för svar. Dock förstår jag inte varför Cl- är enklare att oxidera än hydroxidjonen. Att oxidera en hydroxidjon har en normalpotential på -0,44 och att oxidera Cl- har en standardpotential på -1,36.

Varför skulle då klorjonen oxideras först? Tordet det inte vara så att den med lägst normalpotential reagerar först?