Otázka:
Může vodný roztok vést elektřinu navždy?
DanHickstein
2013-12-30 23:24:12 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Víme, že čistá voda nevede elektřinu, ale slaná voda je slušný vodič. To se běžně vysvětluje tím, že „ionty přenášejí proud skrz řešení“, což je neúplné vysvětlení, protože neindikuje, co se stane, když všechny ionty migrují na elektrody.

Více kompletní vysvětlení vedení slaným roztokem ( jako tento nebo tento) racionalizuje vedení elektřiny z hlediska redukční reakce probíhající na anodě a oxidace reakce, která probíhá na katodě. V případě slané vody se na anodě tvoří plynný chlór ($ \ ce {Cl2} $) a na katodě se tvoří plynný vodík ($ \ ce {H2} $).

Toto vysvětlení se zdá být rozumné, ale znamená to, že vedení elektřiny řešením je zásadně odlišné od vedení elektřiny drátem. Měděný drát je (obvykle) nezměněn, i když jím prochází velké množství elektřiny. Naproti tomu, když elektřina prochází slanou vodou, dochází ke dvěma chemickým reakcím (jedna na každé elektrodě), které zásadně mění složení materiálu.

To znamená, že není možné, aby vodný roztok vedl elektřinu navždy . Jelikož řídíme chemickou reakci, buď konzumujeme naši sůl (v případě roztoku NaCl vytváříme plyn $ \ ce {Cl2} $ nebo jej v ostatních případech pokovujeme na elektrody), nebo vodu konzumujeme tvorbou $ \ ce {H2} $ nebo $ \ ce {O2} $ benzín.

To mě překvapuje. Ptám se tedy, zda mám správné myšlení: je možné, aby vodný roztok obsahující sůl vedl elektřinu navždy nebo vždy nakonec spotřebuje reaktanty a přestane vést elektřinu tak, jak mám předpokládáte?

Ne, pokud nepřidáte více iontů nebo nějakou dobu nezměníte reakci (dobíjecí baterie).
„Chování“ je zde nebezpečně nejednoznačný výraz. Kolik z vašeho argumentu platí, pokud je aktuální AC není DC?
Dobrá otázka, Matte! Očekával bych, že obvyklý 60 Hz střídavý proud účinně funguje jako stejnosměrný proud v příslušných časových intervalech pro chemii, která probíhá, ale nejsem si tím jistý.
Čistá voda vede elektřinu kvůli přítomnosti rovnovážných iontů vodíku a hydroxidu. Je to však velmi (velmi) malý proud.
Tři odpovědi:
DanHickstein
2014-01-02 22:32:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Vzhledem k tomu, že nikdo neuvedl protinávrh, budu pokračovat a řeknu, že můj požadavek platí pro stejnosměrný proud (což jsem původně myslel). Proud pohání chemickou reakci a v určitém okamžiku dojde k vyčerpání reaktantů a řešení již nebude mít dostatek iontů k účinnému vedení elektřiny.

Doufejme, že někdo zveřejní protiklad a učiní věci zajímavějšími :)

V případě střídavého proudu se zdá možné přikládat materiál na jednu elektrodu a vyjmout jej z jiný. Když proud přepne směr, tento proces by se obrátil a elektrody by zůstaly stejné hmotnosti. Teoreticky by to mohlo trvat navždy, ale ve skutečnosti mě zajímá, zda by se elektrody kvůli mnoha cyklům depozice a eroze zhoršily a rozbily.

Jaroslav Kotowski
2014-01-03 20:55:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Je to možné, ale záleží to na experimentálních podmínkách / nastavení. Myslím, že následující nastavení by mohlo fungovat „navždy“:

Dvě elektrody vyrobené z $ \ ce {Pt} $ v roztoku z $ \ ce {CuSO4} $ a $ \ ce {H2SO4} $ vybavených zdrojem střídavého proudu musí být lázeň utěsněna - aby nedošlo k odpařování pomocí přiměřeného napětí.

Měď pokovuje na jednu elektrodu a vyčerpáním na druhou elektrodu.

Redukce: $ \ ce {Cu ^ 2 + + 2e- -> Cu} $

Oxidace: $ \ ce {Cu $ - $ 2e- -> Cu ^ 2 +} $

Elektrody vyrobené z $ \ ce {Pt} $ zabrání změnám tvaru elektrod během nekonečného procesu. Díky dodatečnému $ \ ce {H2SO4} $ je elektrolyt vodivější.

Jaké reakce tedy probíhají na elektrodách? A jak se obrátí, aby vrátily ionty do roztoku?
CuSO $ _4 $ $ \ Leftrightarrow $ Cu $ ​​^ + $$ ^ 2 $ + SO $ ^ - $$ ^ 2 $$ _ 4 $ na obou elektrodách
Tato reakce nespotřebovává ani neprodukuje elektrony, pouze štěpí CuSO4. Nerozumím tedy tomu, jak by se elektrony mohly odebírat z elektrody nebo se k ní vrátit. V případě slané vody vezmeme dva Cl- a produkujeme plyn Cl2 a 2 elektrony na jedné elektrodě a vezmeme dva elektrony z druhé elektrody, abychom změnili 2H + na plyn H2.
Protože soulutin obsahuje CuSO $ _4 $, jednou reakcí bude redukce: Cu $ ​​^ 2 $$ ^ + $ + 2e $ ^ - $ $ \ Rightarrow $ $ Cu $ ​​a současně (protože soulutin obsahuje Cu $ ​​^ 2 $$ ^ + $) oxidace: $ Cu $ ​​- 2e $ ^ - $ $ \ Rightarrow $ Cu $ ​​^ 2 $$ ^ + $
Reakce tedy v podstatě pokovuje měď na jednu elektrodu a vyčerpává ji z jiné elektrody. Pro DC by byla spotřebována jedna elektroda a reakce by se zastavila. U střídavého proudu by ale elektrody střídaly ukládání a odstraňování materiálů a nakonec by zůstaly stejné velikosti.
Ano to je správně
Dobře, možná upravte tyto informace ve své odpovědi a my se můžeme těchto komentářů zbavit. Také si nejsem jistý, proč potřebujete H2SO4. Zdá se, že používáte pouze CuSO4. Hádám také, že tato reakce by ve skutečnosti nepřišla navždy, protože elektrody by změnily tvar, protože materiál se znovu ukládá a nakonec by se malé kousky odlomily a spadly na dno nádoby.
Skylar Adams
2015-08-15 22:44:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jednoduchá odpověď na vaši otázku je „ne“, protože elektrický proud procházející řešením by rozbil vazby $ \ ce {H2O} $ a vytvořil by $ \ ce {H2} $ a $ \ ce {O2} $ plyn . V důsledku tohoto procesu vám nakonec dojde voda. A nezapomeňte, že v roztoku $ \ ce {H2O + NaCl} $ se vyrábí plynný chlor, který by nakonec ovlivnil koncentrace iontů. Věřím, že Wikipedia má velmi podrobný popis elektrolýzy vody.

A mimochodem, opravdu jednoduchou odpovědí na vaši otázku by bylo provést experiment sami a zjistit, zda vede elektřinu navždy. Vezměte sklenici vody, přidejte chlorid sodný, vezměte 9voltovou baterii, připojte dva vodiče jeden na anodu a druhý na katodu a vezměte dvě tužky naostřené na obou koncích (grafit je dobrý vodič elektřiny a navíc nechcete dráty, které se mají „sežrat“) připojte každý z drátů k jednomu konci každé z tužek. Potom vložte konec tužek (ty bez drátů) do sklenice a uvidíte, že se to stane na vlastní oči.

Myslím si, že Jeroslav prokázal, že odpověď je pro AC ve skutečnosti „ano“, alespoň teoreticky. Nikdo zde nenavrhl příklad řešení, které může pro DC fungovat věčně. Váhám však s tím, že to není možné jen proto, že si nemůžeme představit příklad. Váš navrhovaný experiment bude produkovat plyn a prokáže, že konkrétní řešení nemůže fungovat věčně, ale obecně to nedokazuje.
Vítejte v Chemistry.SE! Využijte [prohlídku] a seznamte se s tímto webem. Matematické výrazy a rovnice lze [formátovat] (http://meta.chemistry.stackexchange.com/q/86/4945) pomocí syntaxe $ \ LaTeX $. Aktualizoval jsem váš příspěvek chemickými značkami. Pokud se chcete dozvědět více, podívejte se [zde] (http://meta.chemistry.stackexchange.com/q/86/4945) a [zde] (http://meta.chemistry.stackexchange.com/ q / 443/4945). Nepoužívejte prosím označení v poli názvu, podrobnosti viz [zde] (http://meta.chemistry.stackexchange.com/q/149/4945).


ⓘ
Tyto otázky a odpovědi byly automaticky přeloženy z anglického jazyka.Původní obsah je k dispozici na webu stackexchange, za který děkujeme za licenci cc by-sa 3.0, pod kterou je distribuován.
Loading...