Перейти к публикации
Форум химиков на XuMuK.ru
LegendGamer

Странный электролиз

Рекомендованные сообщения

Так всё же будет ли железный гвоздь ржаветь в дистиллированной воде, очищенной от растворённого кислорода, в бескислородной атмосфере? Научите считать концентрации ионов по стандартным электродным потенциалам.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Так всё же будет ли железный гвоздь ржаветь в дистиллированной воде, очищенной от растворённого кислорода, в бескислородной атмосфере? Научите считать концентрации ионов по стандартным электродным потенциалам.

 

Берёшь уравнение Нернста - и считаешь.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Хорошо, давайте попробуем. Согласно Википелии Для реакции Fe3+ + 3e → Fe(тв)  −0.036 В при стандартной температуре получается

 

E = 0.036 В + (0.0592 В / 3)*lg([Fe3+] / [Fe(тв)])

 

Что такое активность железа в твёрдой фазе [Fe(тв)]  - это большой вопрос. Однако, оставим его в стороне и напишем формулу для второй реакции Fe2+ + 2e → Fe(тв) −0.44 В при стандартной температуре

 

E = 0.44 В + (0.0592 В / 2)*lg([Fe2+] / [Fe(тв)])
 

Здесь E по смыслу получается потенциал железного гвоздя относительно раствора. При стандартных условиях обе формулы должны давать стандартные потенциалы. Поэтому

 

[Fe(тв)] = [Fe3+(ст)]

 

[Fe(тв)] = [Fe2+(ст)]

 

В верности этих формул есть большие сомнения, поскольку [(Fe3+(ст)] и [(Fe2+(ст)] - это две величины, описывающие природу ионов. С какой стати они вдруг должны совпадать?

 

Однако продолжим. Даже если последние две формулы и неверны, первые две можно переписать так:

 

E = 0.036 В + (0.0592 В / 3)*lg([Fe3+] / [Fe3+(ст)])

E = 0.44 В + (0.0592 В / 2)*lg([Fe2+] / [Fe2+(ст)])

 

Если считать [Fe3+(ст)] и [Fe2+(ст)] известными табличными величинами, то всё равно в наших двух уравнениях три переменные. Это E, это [Fe3+], и это [Fe2+]. Их все три из двух уравнений найти нельзя.

 

Yatcheh, нужны ещё какие-то соображения, кроме уравнения Нернста. Железный гвоздь в дистиллированной воде не так прост, как кажется.

Изменено пользователем Ruslan_Sharipov

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

А каким путём в дистиллированную воду могут попасть ионы железа? Другими словами - какая сила оторвёт электроны и куда их денет ?

Если рассчитывать, что этот процесс допустим произойдёт, то его может остановить как раз указанный для иона потенциал железа, в котором останутся бесхозные электроны. Т.е. концентрация ионов будет расти, пока не достигнет указанного потенциала. Е=0, а концентрации вычислите.

Изменено пользователем Хоббит)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Yatcheh, нужны ещё какие-то соображения, кроме уравнения Нернста. Железный гвоздь в дистиллированной воде не так прост, как кажется.

 

Стандартный потенциал стандартен в стандартных условиях. Стандартные условия - это концентрация (активность) ионов 1 моль/л.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

А каким путём в дистиллированную воду могут попасть ионы железа?

Атом железа покидает кристаллическую решётку железа в гвозде, оставляя там 2 или 3 электрона, превращается в ион и уходит в воду. Гвоздь заряжается отрицательно, вода - положительно. Заряды скорее всего сосредоточены вблизи граница раздела фаз. Но они не рекомбинируют, потому что им это по каким-то соображениям невыгодно. Ион железа может прореагировать с гидроксил-ионами

 

Fe3+ + 3 OH- = Fe(OH)3

Fe2+ + 2 OH- = Fe(OH)2

 

Образующийся избыток ионов H+ будет вынимать из гвоздя новые атомы железа

 

2 H+ + Fe = Fe2+ + H2

6 H+ + 2 Fe = 2 Fe3+ + 3 H2

 

В целом - это процесс бескислородного ржавения гвоздя. Но газовыделения мы не видим, по-видимому в силу крайней медленности процесса. Вся проблема в том, как рассчитать этот процесс исходя из потенциалов.

 

Ржавение гвоздя малоинтересный процесс. Но те же проблемы связаны с расчетом электролиза смеси серной и уксусной кислот. Как там обеспечить получение диметилсульфата. Yatcheh сказал, что проблема в потенциалах окисления. Но потенциалы окисления зависят от концентраций (ионной активности). Значит этими потенциалами можно управлять. 

Стандартный потенциал стандартен в стандартных условиях. Стандартные условия - это концентрация (активность) ионов 1 моль/л.

Википедия пишет 1 моль/кг, хотя это не суть. Значит

 

[Fe(тв)] = [Fe3+(ст)] = 1 моль на кг или литр,

[Fe(тв)] = [Fe2+(ст)] = 1 моль на кг или литр.

 

Значит не надо искать в справочниках. Но в двух уравнениях

 

E = 0.036 В + (0.0592 В / 3)*lg([Fe3+] / [Fe3+(ст)])

E = 0.44 В + (0.0592 В / 2)*lg([Fe2+] / [Fe2+(ст)])

 

все равно три неизвестных. Даже без учёта процессов ржавения. Yatcheh, по прежнему нужны ещё какие-то соображения, кроме уравнения Нернста.

Изменено пользователем Ruslan_Sharipov

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Атом железа покидает кристаллическую решётку железа в гвозде, оставляя там 2 или 3 электрона, превращается в ион и уходит в воду. Гвоздь заряжается отрицательно, вода - положительно. Заряды скорее всего сосредоточены вблизи граница раздела фаз. Но они не рекомбинируют, потому что им это по каким-то соображениям невыгодно. Ион железа может прореагировать с гидроксил-ионами

 

Fe3+ + 3 OH- = Fe(OH)3

Fe2+ + 2 OH- = Fe(OH)2

 

Образующийся избыток ионов H+ будет вынимать из гвоздя новые атомы железа...

:) если вы так хорошо всё знаете, то зачем спрашиваете? 

Вода не может заряжаться положительно ( за вычетом поляризации ) и она вообще дистиллированная - там нет ионов. Это же ваше условие.

Так же и ион Н+ не "вынимает" железо из гвоздя - ему только электроны нужны, а не железо.

...Не наблюдаете выделения водорода - ну, может мешает слой ваших гидроксидов на поверхности гвоздя ?

...

все равно три неизвестных. Даже без учёта процессов ржавения. Yatcheh, по прежнему нужны ещё какие-то соображения, кроме уравнения Нернста.

Так и нас - трое. :) Ваша задача какая ? - считать концентрацию ионов железа. Она находится под логарифмом. Е=0, стандартная конц. известна,- что ещё надо ?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Вся проблема в том, как рассчитать этот процесс исходя из потенциалов.

 

 

Электрохимический потенциал - величина термодинамическая, и имеет смысл только для равновесного процесса. А гвоздь, всунутый в чистую воду - изначально неравновесная система, и применять тут уравнение Нернста некорректно. 

 

[Fe(тв)] = [Fe3+(ст)] = 1 моль на кг или литр,

[Fe(тв)] = [Fe2+(ст)] = 1 моль на кг или литр.

 

Значит не надо искать в справочниках. Но в двух уравнениях

 

E = 0.036 В + (0.0592 В / 3)*lg([Fe3+] / [Fe3+(ст)])

E = 0.44 В + (0.0592 В / 2)*lg([Fe2+] / [Fe2+(ст)])

 

все равно три неизвестных. Даже без учёта процессов ржавения. Yatcheh, по прежнему нужны ещё какие-то соображения, кроме уравнения Нернста.

 

Если в растворе смесь ионов Fe+2 и Fe+3, то Fe+3 будут восстанавливаться железом, пока потенциал гвоздя не уравняется относительно обоих ионов. Получится равновесная система.

 

Вы почитайте энциклопиду про двойной электрический слой, в той её части, которая касается потенциала электрода при отсутствии в растворе потенциалоопределяющих ионов. Там действительно всё непросто.

 

Это что касается потенциала гвоздя. Если же вы хотите узнать что станет с гвоздём, если его достаточно долго продержать в воде, то это уже вопрос химической кинетики, тут потенциалы ни чем не помогут.

Изменено пользователем yatcheh

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

А может с примера в Вики начать : https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%9D%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B0

Там расписан пример равновесия с двумя потенциалами - если выделяется водород. 


...А гвоздь, всунутый в чистую воду - изначально неравновесная система, и применять тут уравнение Нернста некорректно.

А можно подробнее ? Если бы не разрядка водорода, то процесс появления ионов железа остановился бы как раз, сформировав некий заградительный потенциал.

Изменено пользователем Хоббит)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

А можно подробнее ? Если бы не разрядка водорода, то процесс появления ионов железа остановился бы как раз, сформировав некий заградительный потенциал.

 

Я ж говорю - "изначально", для "голого" гвоздя, т.е. в момент всунутия. Естественно. в какой-то момент система зарядов уравновесится. Но ТС-то помянул "расчёт процесса", хотя тут речь может идти только о расчёте состояния.

Изменено пользователем yatcheh

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете опубликовать сообщение сейчас, а зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, войдите в него для написания от своего имени.
Примечание: вашему сообщению потребуется утверждение модератора, прежде чем оно станет доступным.

Гость
Ответить в тему...

×   Вставлено в виде отформатированного текста.   Вставить в виде обычного текста

  Разрешено не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отобразить как ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставить изображения напрямую. Загрузите или вставьте изображения по ссылке.

Загрузка...

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

×
×
  • Создать...