Перейти к публикации
Форум химиков на XuMuK.ru

Соленая батарейка. Что да как?


Рекомендованные сообщения

Решение задач, рефераты, курсовые - онлайн сервис помощи учащимся. Цены в 2-3 раза ниже!
Заранее извиняюсь, я не химик по профессии, так что не будьте строги. 

Я тут заинтересовался самодельными батарейками. И занялся конструированием самой простой с солевым раствором в качестве электролита.

Меня интересует какие химические продукты выделяющиеся в гальваническом элементе состоящим из соляного раствора NaCl•H2O и электродов из алюминия (фольга) и графита.

 

Могу предположить следующее:

1.Натрий оседает на катоде (углероде, точнее графите) и не вступает с ним в реакцию.

Хлор также оседает, но на аноде (алюминий, в моем случае фольга) и не вступает с ним в реакцию. 

2. Либо...

Далее натрий осевший на катоде реагирует с водой:

4Na + O2 +2H2O = 4NaOH

И щелочь NaOH реагирует с алюминием (что мне кажется маловероятно):

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑

Или хлором, который осел на катод (что мне кажется более вероятным):

2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O

А хлор, частично, вступает в реакцию с алюминием и в результате AlCl3 выпадает в осадок.

И далее, AlCl3 реагирует со щелочью:

AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaCl

 

Мой элемент длительное время способен выдавать напряжение в 0.3 вольта, 

но если периодически протирать графит, то напряжение возрастает примерно в двое, до 0.6 вольт, но очень скоро падает до 0.5. А через час, после протирания, падает до 0.3 вольт. Правда это все без нагрузки (если не считать сопротивление старенького вольтметра). При том, что если протирать фольгу, то особого подъема напряжения я не заметил.

 

Далее, я заметил, что можно и не протирать катод, а сделать два катода соединенного одним проводом.При этом в то время как первый катод находится в растворе, второй сушится на воздухе. Когда напряжение падает до 0.3 то, если их поменять местами, вижу, что напряжение возрастает до 0.5, но в течении пары минут падает до 0.4. И если каждый раз так менять катоды с периодом в семь минут, то напряжение меньше 0.35 вольт не упадет. Я так подумал, а что если катодов будет не два а пять, к примеру, то время смены можно уменьшить, а среднее напряжение возрастет.

 

Про это я сумел найти только то, что при прерывистом разряде большими и средними токами работоспособность батареек заметно увеличивается по сравнению с непрерывным режимом работы.

 

С тем же эффектом можно второй катод и не вынимать из раствора, а лишь провод коннектить то с одним, то с другим катодом... То есть если сделать некий электронный прерыватель работающий на той же батарейке которую он и регулирует, который переключатся между катодами, то напряжение можно усреднить и до 0.5 вольт. Я не физик, и не так хорошо знаком с электроникой, но мне кажется это очень интересным  ;)

 

Итак, мои вопросы:

1. Почему так происходит с двумя катодами?

2. Какие все же реакции протекают в таком элементе?

post-106192-0-02335600-1406490964_thumb.jpg

Изменено пользователем CTAKPAT
Ссылка на сообщение

 

Заранее извиняюсь, я не химик по профессии, так что не будьте строги. 
Я тут заинтересовался самодельными батарейками. И занялся конструированием самой простой с солевым раствором в качестве электролита.
Меня интересует какие химические продукты выделяющиеся в гальваническом элементе состоящим из соляного раствора NaCl•H2O и электродов из алюминия (фольга) и графита.
 
Могу предположить следующее:
1.Натрий оседает на аноде (углероде, точнее графите) и не вступает с ним в реакцию.
Хлор также оседает, но на катоде (алюминий, в моем случае фольга) и не вступает с ним в реакцию. 
2. Либо...
Далее натрий осевший на аноде реагирует с водой:
4Na + O2 +2H2O = 4NaOH
И щелочь NaOH реагирует с алюминием (что мне кажется маловероятно):
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑
Или хлором, который осел на катод (что мне кажется более вероятным):
2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O
А хлор, частично, вступает в реакцию с алюминием и в результате AlCl3 выпадает в осадок.
И далее, AlCl3 реагирует со щелочью:
AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaCl
 
Мой элемент длительное время способен выдавать напряжение в 0.3 вольта, 
но если периодически протирать графит, то напряжение возрастает примерно в двое, до 0.6 вольт, но очень скоро падает до 0.5. А через час, после протирания, падает до 0.3 вольт. Правда это все без нагрузки (если не считать сопротивление старенького вольтметра). При том, что если протирать фольгу, то особого подъема напряжения я не заметил.
 
Далее, я заметил, что можно и не протирать анод, а сделать два анода соединенного одним проводом.При этом в то время как первый анод находится в растворе, второй сушится на воздухе. Когда напряжение падает до 0.3 то, если их поменять местами, вижу, что напряжение возрастает до 0.5, но в течении пары минут падает до 0.4. И если каждый раз так менять аноды с периодом в семь минут, то напряжение меньше 0.35 вольт не упадет. Я так подумал, а что если анодов будет не два а пять, к примеру, то время смены можно уменьшить, а среднее напряжение возрастет.
 
Про это я сумел найти только то, что при прерывистом разряде большими и средними токами работоспособность батареек заметно увеличивается по сравнению с непрерывным режимом работы.
 
С тем же эффектом можно второй анод и не вынимать из раствора, а лишь провод коннектить то с одним, то с другим анодом... То есть если сделать некий электронный прерыватель работающий на той же батарейке которую он и регулирует, который переключатся между анодами, то напряжение можно усреднить и до 0.5 
вольт. Я не физик, и не так хорошо знаком с электроникой, но мне кажется это очень интересным  ;)
 
Итак, мои вопросы:
1. Почему так происходит с двумя анодами?
2. Какие все же реакции протекают в таком элементе?

 

 

Нет там ни натрия, ни хлора. Всё сводится к растворению алюминия в воде:

Al + 3H2O = Al(OH)3 + 3/2H2

На аноде (алюминий):

Al - 3e- = Al3+

На катоде:

3H2O + 3e- = 3OH- + 3/2H2

На аноде идёт мгновенный гидролиз по катиону, и осаждается гидроксид алюминия, поэтому напряжение падает. А что касается остальных эффектов - то это уже какая-то механика, очистка анода.

Ссылка на сообщение

Нет там ни натрия, ни хлора. Всё сводится к растворению алюминия в воде:

Al + 3H2O = Al(OH)3 + 3/2H2

На аноде (алюминий):

Al - 3e- = Al3+

На катоде:

3H2O + 3e- = 3OH- + 3/2H2

На аноде идёт мгновенный гидролиз по катиону, и осаждается гидроксид алюминия, поэтому напряжение падает. А что касается остальных эффектов - то это уже какая-то механика, очистка анода.

То есть получается можно обойтись просто дистиллированной водой? Не думал что вода способна так просто растворить алюминий)

Ссылка на сообщение

То есть получается можно обойтись просто дистиллированной водой? Не думал что вода способна так просто растворить алюминий)

 

Э нет! Дистиллированной водой не обойтись! NaCl в вашей системе - это фоновый электролит, обеспечивающий перенос электронов. А дистиллировка тока практически не проводит.

Электроны перемещаются по внешней цепи от анода к катоду. Но для постоянного тока их нужно по электролиту обратно доставить - тут ионы, на которые в растворе распадается NaCl, и выполняют эту работу.

 

Кроме того, хлорид-ион выполняет ещё одну важную миссию - он активирует поверхность алюминия. Если заменить на сульфат натрия, например, то батарейка станет хуже работать.

Изменено пользователем yatcheh
Ссылка на сообщение

Э нет! Дистиллированной водой не обойтись! NaCl в вашей системе - это фоновый электролит, обеспечивающий перенос электронов. А дистиллировка тока практически не проводит.

Электроны перемещаются по внешней цепи от анода к катоду. Но для постоянного тока их нужно по электролиту обратно доставить - тут ионы, на которые в растворе распадается NaCl, и выполняют эту работу.

 

Кроме того, хлорид-ион выполняет ещё одну важную миссию - он активирует поверхность алюминия. Если заменить на сульфат натрия, например, то батарейка станет хуже работать.

Ну это я знал, но не знал, что вода играет какую-то роль в этом процессе... Спасибо.

Но все равно, получается, что на графите что-то оседает, а потом если разорвать цепь и подождать, то напряжение повыситься, так же как если бы протереть графит...

Ссылка на сообщение

Я хочу понять физику процесса. Я правильно понял, что в результате реакции:

Al + 3H2O = Al(OH)3 + 3/2H2

на аноде возникает положительный заряд.

И соль NaCl разделяется на два иона Naи Cl-. Хлор отдает электрон аноду, то есть становиться электронейтральным... А ион натрия, в свою очередь, "бежит к катоду", чтобы забрать у него электрон.
Возможно ли что именно натрий и осаждается на катоде (графите)?

Ссылка на сообщение

Я хочу понять физику процесса. Я правильно понял, что в результате реакции:

Al + 3H2O = Al(OH)3 + 3/2H2

на аноде возникает положительный заряд.

И соль NaCl разделяется на два иона Naи Cl-. Хлор отдает электрон аноду, то есть становиться электронейтральным... А ион натрия, в свою очередь, "бежит к катоду", чтобы забрать у него электрон.

Возможно ли что именно натрий и осаждается на катоде (графите)?

Нет, невозможно. Натрий активный металл и бурно взаимодействует с водой. Если достаточно большой кусок натрия кинуть в воду, мало никому не покажется, бабахнет.

 

 

При восстановлении H3O+-ионов образуется водород, который не может удалиться (корпус герметичен) и образует вокруг угольного стержня прослойку газа (поляризация угольного электрода). Ток медленно затухает. Чтобы избежать образования водорода, угольный электрод окружают слоем диоксида марганца (MnO2) . В присутствии диоксида марганца H3O+-ионы восстанавливаются с образованием воды: 2MnO2 + 2H3O+ + 2e− → 2MnO(OH) + 2H2O

 

Таким способом избегают поляризации электрода, а диоксид марганца называют деполяризатором.

Вот так вот :) Только корпус у вас не герметичен, но все-таки водород может легко задерживаться на поверхности угольного электрода. 

Изменено пользователем dimaxa97
Ссылка на сообщение

Ну это я знал, но не знал, что вода играет какую-то роль в этом процессе... Спасибо.

Но все равно, получается, что на графите что-то оседает, а потом если разорвать цепь и подождать, то напряжение повыситься, так же как если бы протереть графит...

Водород улетел.

 

P.S. Почему тема СОЛЕНАЯ батарейка? Она же солеВая вроде.

Изменено пользователем dimaxa97
Ссылка на сообщение

Нет, невозможно. Натрий активный металл и бурно взаимодействует с водой. Если достаточно большой кусок натрия кинуть в воду, мало никому не покажется, бабахнет.

 

Вот так вот :) Только корпус у вас не герметичен, но все-таки водород может легко задерживаться на поверхности угольного электрода. 

 

То есть я бы прав, что натрий реагирует с водой с образованием щелочи? Но ведь и она продолжает реагировать с анодом:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑

и с тем, что на аноде выделилось:

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

То есть в итоге, на аноде мы получаем Na[Al(OH)4] в осадке и водород, а на катоде, если обойтись без MnO2, только водород. Значит в ходе работы эта батарейка образует H2 и в осадке Na[Al(OH)4]? 

 

Только вот похоже, что Na[Al(OH)4] не оседает а лежит на стенках анода...

 

А что же с хлором происходит? он так же как и водород "улетает"?

Изменено пользователем CTAKPAT
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...
Яндекс.Метрика