Бесконечная по времени проводимость электролита

[Ilya78]

Доброго времени суток!

 

Скажу сразу, что в химии вообще и электрохимии в частности я полный нуб, годовой курс общей химии когда-то в институте, сданный на трояк, да и все. Обрыл весь интернет, накачал книжек, но окончательного ответа на свой вопрос так и не нашел. Скорее всего, просто плохо искал, но все равно решил, что проще будет спросить

 

В общем, суть такова. У нас имеется абсолютно герметичная колба, в которую вмонтированы два электрода. В колбе находится раствор электролита. Возможно ли пропускать через этот электролит ток теоретически бесконечное время, не вызывая никаких "необратимых" при такой работе (на практике) химических реакций, типа выделения газа, осаждения на электродах и т. д.?

 

Из того, что я накопал, следует, что электроды нужно сделать из инертного металла - типа платины. Желательно для лучшей проводимости сделать их пористыми. С электролитом сложнее. Во избежание осаждения лучше не брать основания и соли (а вообще, возможно ли гальваническое осаждение на инертные металлы?), остаются кислоты. Становится непонятно, в каких случаях будет выделяться газообразный водород, в каких H₃O⁺ и т. д. Можно, например, взять какую-нибудь пировиноградную кислоту - там реакция вроде бы полностью обратимая:

CH₃COCOO^- + H₃O⁺ ↔ CH₃COCOOH + H₂O,

но как электролит она довольно слабая, хотелось бы что-нибудь с большей проводимостью

 

Прав ли я в своих рассуждениях? И подскажите тогда, пожалуйста, какой-нибудь электролит, удовлетворяющим условию полной обратимости ионной реакции.

Изменено 16 Июля, 2013 в 18:25 пользователем Ilya78

[Гость Ефим]

Доброго времени суток!

 

В общем, суть такова. У нас имеется абсолютно герметичная колба, в которую вмонтированы два электрода. В колбе находится раствор электролита. Возможно ли пропускать через этот электролит ток теоретически бесконечное время, не вызывая никаких "необратимых" при такой работе (на практике) химических реакций, типа выделения газа, осаждения на электродах и т. д.?

Ваш вопрос в самой своей основе противоречив.

"На практике" абсолютно все реакции - необратимы (это истина, вытекающая из самого принципа обратимости).

"Теоретически бесконечное время" и "практика" создают непреодолимое противоречие. Единственный способ пропускать ток через электролит теоретически бесконечное время так, что бы электродный процесс был обратимым - это пропускать бесконечно малый ток. То есть, "на практике" - не пропускать его вовсе. Насколько это "практично" - Вам судить .

[Ilya78]

Ваш вопрос в самой своей основе противоречив.[/size]

"На практике" абсолютно все реакции - необратимы (это истина, вытекающая из самого принципа обратимости).

"Теоретически бесконечное время" и "практика" создают непреодолимое противоречие. Единственный способ пропускать ток через электролит теоретически бесконечное время так, что бы электродный процесс был обратимым - это пропускать бесконечно малый ток. То есть, "на практике" - не пропускать его вовсе. Насколько это "практично" - Вам судить .

Да, это я не очень хорошо сказал Возьмем, лучше, не теоретически бесконечное время, а просто довольно продолжительное - скажем, два года. Ток, кстати, требуется довольно приличный - ампер в 20, не меньше. Возможно ли это, или я слишком многого хочу?

[mypucm]

Ecли ток будет не постоянный, а переменный, желательно с частотой на порядки выше того, что в розетке, а электроды платиновые, то, в общем, возможно. Только при 20 А закипит весь Ваш электролит в скором времени, и взорвется нафиг вся эта герметичная колба!

[Ilya78]

Ecли ток будет не постоянный, а переменный, желательно с частотой на порядки выше того, что в розетке, а электроды платиновые, то, в общем, возможно. Только при 20 А закипит весь Ваш электролит в скором времени, и взорвется нафиг вся эта герметичная колба!

О, отлично, это уже кое-что, спасибо

 

Допустим, с охлаждением проблем не будет, все тепло отведем. Правильно ли я, кстати, понимаю, что в электролитах, как и в обычных проводниках, роль играет больше плотность тока, нежели он сам? То есть, если мы возьмем цилиндрический сосуд большого диаметра (скажем, 1,5м), основания этого цилиндра полностью "закроем" электродами, то эти 20А уже будут не такими крутыми, как при диаметре сосуда в 20см.

 

Теперь насчет постоянного тока. Переменный лучше из-за уменьшения, скажем так, перемещения и взаимодействия между собой ионов? То есть вопрос только в тепловых потерях, или переменный ток лучше с какой-то химической точки зрения? Просто очень желательно, чтобы был постоянный.

 

PS. Большое всем спасибо, что терпите нубские вопросы

[mypucm]

При переменном токе достаточно высокой частоты очень большая часть протекающего через электрод электричества просто пойдет на заряжение электрода как конденсатора, и не вызовет никаких фарадеевских процессов. Что уже хорошо в смысле предотвращения газовыделения. А та часть, что останется на электрохимию, пойдет в основном на электрохимическую адсорбцию и десорбцию водорода, как на процесс с наименьшим реальным сопротивлением из возможных. Если частота будет достаточно велика (килогерцы вроде подходят на практике), то из этого адсорбированного водорода просто не могут успеть образоваться пузырьки газа, и он весь стравится с поверхности при анодном цикле.

 

Безусловно, увеличение размера колбы и, главное, площади электродов снизит скорость нагрева. Тем не менее, от нагрева чисто за счет омических потерь в электролите никуда не уйти, а есть еще выделение теплоты при прохождении электрохимических реакций. Правда, обратная реакция (если прямая - экзотермическая) просто обязана быть эндотермической, и тут теплобаланс на переменном токе должен сводиться к компенсации теплового эффекта за цикл (если не учитывать необратимости обоих процессов! Но это сложные материи). Боритесь с нагревом электролита как проводника увеличением площади электродов, возможно, это сможет решить проблему.

[Ilya78]

С нагревом ясно, большое спасибо

 

Теперь по поводу электролита. Насколько я понимаю, нужно взять такой, который давал бы на электродах очень мало газа (особенно водорода, который имеет свойство проникать в кристаллическую решетку) и не давал бы металлов, чтобы они не осаждались на электродах. То есть, лучше взять какое-нибудь неметаллическое основание, правильно? Какие самые сильные в смысле диссоциации можете посоветовать?

 

...если не учитывать необратимости обоих процессов! Но это сложные материи

А где про эти необратимости можно почитать? Желательно как можно более популярно В книжках что-то про это очень мало.

[МВВ]

С нагревом ясно, большое спасибо

 

Теперь по поводу электролита. Насколько я понимаю, нужно взять такой, который давал бы на электродах очень мало газа (особенно водорода, который имеет свойство проникать в кристаллическую решетку) и не давал бы металлов, чтобы они не осаждались на электродах. То есть, лучше взять какое-нибудь неметаллическое основание, правильно? Какие самые сильные в смысле диссоциации можете посоветовать?

 

 

А где про эти необратимости можно почитать? Желательно как можно более популярно В книжках что-то про это очень мало.

Я бы Вам посоветовал сделать Ваш прибор на основании свинцово-кислотного аккумулятора, по типу Планте.

На переменном токе любой частоты будет идти обратимые реакции.

Водород и кислород рекомбинировать.

Единственное, если большие напряжения, то возможно потребуется батарея из элементов, чтобы было меньше газовыделения.

Ну и свинцовые электрода из чистого свинца и по-толще (на атомных электростанциях по 25 лет в дежурном режиме стоят со снижением ёмкости не более 80 %.

[Ilya78]

На переменном токе любой частоты будет идти обратимые реакции.

Водород и кислород рекомбинировать.

То есть, даже если менять полярность всего лишь, допустим, раз в день (сколько там это в герцах - 1 / 86400), то ничего сильно необратимого все равно не будет?

Рекомбинировать - в смысле, сжигать водород в кислороде, получая при этом назад воду?

Изменено 17 Июля, 2013 в 12:29 пользователем Ilya78

[МВВ]

То есть, даже если менять полярность всего лишь, допустим, раз в день (сколько там это в герцах - 1 / 86400), то ничего сильно необратимого все равно не будет?

Рекомбинировать - в смысле, сжигать водород в кислороде, получая при этом назад воду?

Про менять полярность раз в день - круто.

За сутки (или за час) - он зарядится и начнёт разлагать воду.

А при обратной полярности, появится противоЭДС.

Ну, если только использовать в обратную , его разряд.

Надо работать на малых заряд/разрядах. герц или секунды.

Про рекомбинацию - так работают современные герметичные аккумуляторы.(AGM.)

"Применение сепаратора из стекломата (AGM) обеспечивает полную внутреннюю рекомбинацию образующихся газов и исключает их выделение аккумулятором."

http://www.at-systems.ru/products/battery/csb-gp.shtml