Уравнение Нернста

[RokeAlva]

Здравствуйте. Меня интересует такой случай: два стальных электрода погружены в воду и разделены диафрагмой из брезента. На сколько я понял, при подаче электрического тока на электроды происходит электродиализ. На отрицательном электроде (катоде) выделяется водород в виде газа:

2Н(+)+2е -> Н2 (газ)
А также происходит диссоциация воды на водород и гидроксил.
2Н2О+2е -> Н2 (газ)+2ОН(-)
то есть тут среда будет более щелочной.

На положительном электроде (аноде) выделяется газообразный кислород и в воде остаются ионы ворода, тем самым делая среду более кислой. Это также происходит в результате диссоциации воды, как я понял. В добавок ещё выделяется хлор в виде газа (в случаи водопроводной воды).
2Cl-2е -> Cl2 (газ)

2Н2О-4е -> О2 (газ) +4Н(+)

Эти уравнения я смотрел в многочисленных источниках в интернете. Иногда они различаются коэффициентами почему-то. Я так понимаю, что в воде помимо этих ионов, ещё бывают и многие другие, например ионы магния, кальция, калия и т.д. Они ведь тоже будут каким-то образом влиять? Подскажите, пожалуйста, где об этом можно узнать, почитать?

По этим уравнения я хотел составить уравнение Нернста:
Для первого уравнения:
Е=Е0+((R*T)/(2*F))*ln(1/(H+)^2)
Для второго:
Е=Е0((R*T)/(2*F))*ln((OH-)^2)
Для третьего:

Е=Е0+((RT)/(2*F))*ln((1/(Cl-)^2)
Для четвёртого:
Е=Е0+((R*T)/(2*F))*ln((H+)^4)

Правильно ли я их записал?

[aversun]

Здравствуйте. Меня интересует такой случай: два стальных электрода погружены в воду и разделены диафрагмой из брезента. На сколько я понял, при подаче электрического тока на электроды происходит электродиализ. На отрицательном электроде (катоде) выделяется водород в виде газа:

2Н(+)+2е -> Н2 (газ)

А также происходит диссоциация воды на водород и гидроксил.

2Н2О+2е -> Н2 (газ)+2ОН(-)

 

C чего бы? И откдуа берется H^+?

[RokeAlva]

C чего бы? И откдуа берется H^+?

Просто я проштудировал много сайтов в поисках этих химических реакций и очень часто они отличались, как я говорил выше то по коэффициентам, то отдельных формул не было. Они появились как некая компиляция того, что я прочитал. Вот например здесь: http://twt.mpei.ac.ru/books/vve/CH5.3_pg1.htm приводится эта реакция с водородом. Вот здесь: http://www.mediana-filter.ru/kh6_1.html её нет.

Я очень хочу разобраться в том какие же на самом деле химические реакции диссоциации и реакции на электродах происходят в случаи когда есть две камеры с обычной водопроводной водой разделенные диафрагмой. Один электрод может быть угольный, а другой стальной. Или оба стальные. Как же выяснить какие химические реакции там происходят? Однозначного ответа в книгах и на сайтах я не нашёл. Как же узнать?

Я правильно понял, что реакция 2Н(+)+2е -> Н2 (газ) будет только в случаи если используется водородный электрод? А у меня стальной / уголный, значит там будет реакция с железом / углём?

Изменено 7 Марта, 2017 в 07:06 пользователем RokeAlva

[aversun]

Я правильно понял, что реакция 2Н(+)+2е -> Н2 (газ) будет только в случаи если используется водородный электрод? А у меня стальной, значит там будет реакция с железом?

Нет, не правильно, и электрод здесь вообще не причем.

Электродиализ то зачем сюда приплели?

Изменено 7 Марта, 2017 в 07:11 пользователем aversun

[Иван1978]

электролиз водопроводной воды мутная тема, поскольку в воде может быть что угодно в небольших примесях и вода считается малопроводящей ток, то есть вы будете какие то мелочи ловить.Угольных электродов не бывает, это графит ток проводит. 

Уравнения Нернста здесь вообще не причем - они записываются для гальванических пар или элементов. А у вас никакой гальванической пары с графитовыми электродами в воде нет. Из стальных электродов тоже нет никакой гальванической пары.

Изменено 7 Марта, 2017 в 08:43 пользователем Иван1978

[RokeAlva]

Нет, не правильно, и электрод здесь вообще не причем.

Электродиализ то зачем сюда приплели?

Давайте ещё раз. У меня два электрода (например, либо оба из нержавеющей стали, либо один из них из нержавейки, а другой графитовый). Разделены диафрагмой (которая выполнена обычным брезентом) на две камеры заполненные водой (для начала я хотел проработать вопрос именно на воде, но можно и NaCl к примеру). На электроды подаю постоянный ток. В итоге концентрация ионов водорода в одной из камер будет выше чем в другой, т.е. будет на лицо изменение рН воды. Это не электродиализ? Тогда что это? Как я понимаю электродиализ - это один из вариантов мембранного электролиза. Вот например определение здесь: http://hydropark.ru/equipment/electrodialysis.htm "Электродиализ - процесс мембранного разделения, в котором ионы растворенного вещества переносятся через мембрану под действием электрического поля." Вот и у меня ионы водорода в одну сторону гидроксил в другую. Скажите в чём я ошибаюсь?

 

 

электролиз водопроводной воды мутная тема, поскольку в воде может быть что угодно в небольших примесях и вода считается малопроводящей ток, то есть вы будете какие то мелочи ловить.Угольных электродов не бывает, это графит ток проводит. 

Уравнения Нернста здесь вообще не причем - они записываются для гальванических пар или элементов. А у вас никакой гальванической пары с графитовыми электродами в воде нет. Из стальных электродов тоже нет никакой гальванической пары.

Думаю в 21 веке эту "мутную тему" всё таки можно осилить и понять, к тому же уверен до нас с Вами давно в этом вопросе уже разобрались Или нет?

Дело в том, что я для будущего моделирования процессов в моей установке, хотел понять какие там химические реакции происходят? К примеру я буду знать состав изначальной воды и смогу смоделировать концентрации которые получатся на выходе. Я сейчас рассматриваю следующие ионы: водорода, гидроксила, кальция, магния, натрия, бикарбоната, сульфата и хлорида. Загвоздка лишь в том, что мне неизвестно, как это всё там реагирует и я прошу помощи в этом вопросе. Для простоты, я решил начать именно с водорода и гидроксила, так как именно их в моей установке больше всего (если говорить о водопроводной воде и не добавлять больше никаких солей). Вы можете подсказать где мне узнать такую информацию?

Да, извините ошибся графитовый электрод, а не угольный (угольные электроды бывают в сварке).

По поводу Нернста, я понял, спасибо. Просто я думал, что смогу с помощью этого уравнения связать потенциал который я создаю на электродах с тем как он распределяется в зависимости от концентрации ионов того же водорода например. Ведь по сути, как я понял, распределение потенциала через катодную камеру, диафрагму и анодную камеру будет не равномерным и зависеть будет от концентрации ионов. Теперь мне понятно, что Нернст используется, как Вы сказали для гальванических элементов. Но тогда как же описать распределение потенциала в случаи электродиализа или мембранного электролиза?

 

Изменено 7 Марта, 2017 в 20:03 пользователем RokeAlva

[aversun]

Давайте ещё раз. У меня два электрода (например, либо оба из нержавеющей стали, либо один из них из нержавейки, а другой графитовый). Разделены диафрагмой (которая выполнена обычным брезентом) на две камеры заполненные водой (для начала я хотел проработать вопрос именно на воде, но можно и NaCl к примеру). На электроды подаю постоянный ток. В итоге концентрация ионов водорода в одной из камер будет выше чем в другой, т.е. будет на лицо изменение рН воды. Это не электродиализ?

Нет и через мембрану ничего не переносится, она у вас исключительно, что бы не допустить смешивания католита и анолита, т.е. нейтрализации.

[Хоббит)]

Давайте ещё раз. У меня два электрода (например, либо оба из нержавеющей стали, либо один из них из нержавейки, а другой графитовый). Разделены диафрагмой (которая выполнена обычным брезентом) на две камеры заполненные водой (для начала я хотел проработать вопрос именно на воде, ...

 

Если есть ионы хлора, то они будут выделяться в виде газа в первую очередь. Далее останутся кислородсодержащие ионы, которые вы перечислили, - вместо них будет выделяться кислород на аноде. На катоде будет выделяться водород. Воможны некоторые другие выделения на электродах, но они менее существенны в водопроводной воде.

Стоит иметь ввиду, что нежелательно делать анод из металла.

 

...Но тогда как же описать распределение потенциала в случаи электродиализа или мембранного электролиза?

 

В первом приближении можно считать распределение потенциала линейным. Во втором приближении - непосредственно у электродов присутствует больший градиент потенциала, а весь избыток над потенциалом разряда ионов распределяется равномерно по силовым линиям электростатического поля ( как между разноимёнными зарядами ). Ещё подробнее узнать можно в учебной литературе.

Изменено 8 Марта, 2017 в 00:14 пользователем Хоббит)

[RokeAlva]

Нет и через мембрану ничего не переносится, она у вас исключительно, что бы не допустить смешивания католита и анолита, т.е. нейтрализации.

Хорошо, Вы можете подсказать как называется такой процесс?

 

 

Если есть ионы хлора, то они будут выделяться в виде газа в первую очередь. Далее останутся кислородсодержащие ионы, которые вы перечислили, - вместо них будет выделяться кислород на аноде. На катоде будет выделяться водород. Воможны некоторые другие выделения на электродах, но они менее существенны в водопроводной воде.

То есть эти реакции подойдут?

Анод

2Cl-2е -> Cl2 (газ)

2Н2О-4е -> О2 (газ) +4Н(+)

Катод

2Н2О+2е -> Н2 (газ)+2ОН(-)

 

 

Ещё подробнее узнать можно в учебной литературе.

Любой учебник по электрохимии? Можете посоветовать какой-нибудь хороший?

 

 

 

Изменено 8 Марта, 2017 в 00:36 пользователем RokeAlva

[Хоббит)]

В первом приближении будем считать, что те реакции,- а вообще, нужно смотреть , что быстрее разрядится ОН или Н2О...

Для учебников завели отдельную тему в этом разделе !

...По уравнениям - а где ион водорода у катода ???

...Видимо, всё же, не те уравнения - смотрите подробнее потенциалы разряда присутствующих ионов.