Являются ли ферменты вечными двигателями второго рода?

[Максим0]

В 01.06.2025 в 17:26, Мансур Фазлуллин сказал:

Давайте возьмём не пыльцу, а пылинку из какого-нибудь материала у которого плотность выше чем плотность воды, например в два раза. При этом объём на дне которая занимала наша пылинка стала занимать капелька воды того же объёма. Т.е. наша пылинка поменялась местами с капелькой воды такого же объёма. Поднявшись со дна на высоту Δh потенциальная энергия нашей пылинки увеличилась на величину Еп = mgΔh. Потенциальная энергия капельки занявшей место пылинки уменьшился, на величину Еп(воды) = mgΔh/2, т.к плотность воды в два раза меньше. 

Итого за счёт подъёма пылинки потенциальная энергия среды в пробирке увеличилась на величину Еп=mgΔh, а за счёт опускания капельки на место пылинки на дне энергия среды в пробирке уменьшилась на Еп=mgΔh/2.

Таким образом, за счёт того что пылинка на дне поменялась местами с капелькой потенциальная энергия среды в пробирке увеличилась на mgΔh/2. Есть закон сохранения энергии, если где-то что-то прибыло, значит где-то что-то убыло. Увеличение потенциальной энергии среды произошло за счёт уменьшения кинетической энергии молекул воды, которые подняли пылинку со дна. Если проводить этот опыт в термосе (исключить теплообмен с окружающей средой), то можно зафиксировать снижение температуры. Да оно будет незначительным, т.к. масса пылинки не большая. Но его можно рассчитать и экспериментально проверить.

А теперь если проводить опыт со ртутью в термосе удастся ли зафиксировать снижение температуры и за счёт чего?

Установившееся распределение пылинок по высоте пробирки в результате броуновского движения будет с концентрацией экспоненциально снижающейся вверх. Причём чем выше будет  нескомпенсированная масса пылинок, тем ниже будет их средняя высота над дном пробирки. И опять возвращаемся к головняку - как окупить потенциальной энергией пылинки её обнаружение и извлечение из пробирки.

А теперь смотрим на проект аммиачного мазера с тепловой накачкой:

Тамошние "пылинки" с колебательной энергией сами сгоняются куда надо, вытесняясь из интенсивного электростатического поля как имеющие эффективную диэлектрическую проницаемость много меньшую 1 (по оценкам даже ближе к 0 чем 1). А сбросив энергию колебаний, затягиваются назад в электростатическое поле. Квантовые эффекты в надлежащим образом спроектированной конструкции сами будут работать "демоном Максвелла".

Вот только сейчас я понятия не имею, как организовать такие коллективные эффекты не то что в конденсированных средах, а даже в газе при н у. К сожалению не следует позволять колеблющимся молекулам аммиака на пути от пластин конденсатора до резонатора сталкиваться друг с дружкой.

[Мансур Фазлуллин]

В 03.06.2025 в 12:29, Максим0 сказал:

Установившееся распределение пылинок по высоте пробирки в результате броуновского движения будет с концентрацией экспоненциально снижающейся вверх. Причём чем выше будет  нескомпенсированная масса пылинок, тем ниже будет их средняя высота над дном пробирки. И опять возвращаемся к головняку - как окупить потенциальной энергией пылинки её обнаружение и извлечение из пробирки.

А теперь смотрим на проект аммиачного мазера с тепловой накачкой:

Тамошние "пылинки" с колебательной энергией сами сгоняются куда надо, вытесняясь из интенсивного электростатического поля как имеющие эффективную диэлектрическую проницаемость много меньшую 1 (по оценкам даже ближе к 0 чем 1). А сбросив энергию колебаний, затягиваются назад в электростатическое поле. Квантовые эффекты в надлежащим образом спроектированной конструкции сами будут работать "демоном Максвелла".

Вот только сейчас я понятия не имею, как организовать такие коллективные эффекты не то что в конденсированных средах, а даже в газе при н у. К сожалению не следует позволять колеблющимся молекулам аммиака на пути от пластин конденсатора до резонатора сталкиваться друг с дружкой.

Читайте условие задачи. Пылинка одна. Про то как окупить энергию мы сейчас обсуждаем с Loiso. Вам ответил, сейчас буду отвечать ему.

[Мансур Фазлуллин]

В 02.06.2025 в 23:19, Loiso Pondohva сказал:

АЛИСА. Ляяя...
Нет, ну формально то она права, если вы решаете задачку по механике, для 8го класса где вы рассматриваете жидкость, как твёрдое тело. 
Только это никак не применимо к разговору о частицах в самой жидкости. 
Окей. 
Я вам не говорил что потенциальная энергия в сосуде не растёт. Я вам ясным русским языком написал "свободная энергия не растёт".

Полная энергия жидкости Это E механическая (то есть потенциальная плюс кинетическая энергия жидкости) + U
Где U - это внутренняя энергия, зависящая от температуры
В первом приближении
Для постоянной плотности и температуры это будет что-то вроде U=ρcvT⋅V
С_v удельная теплоёмкость 
В более толковом приближении - нужно интегрировать по импульсам и векторам частиц в сосуде, наверное.

Пылинка не берёт свою потенциальную энергию изникоткуда. Она берёт её из составляющей U. То есть окей, она реализует некоторое повышение потенциальной энергии из флуктуации, охлаждая при этом воду.
И...? Энергию без демона Максвелла вы всё-равно из её всплытия не возьмёте. Такая же флуктуация, как и все остальные. 

 

... и сейчас осталось разобраться откуда взять демона Максвелла.

Судя по тому, что Вы писали ранее.

"Не обязательно. Демон Максвелла следит на флуктуациями, а не за молекулами. Я мог бы предложить демона максвелла, который бы следил и извлекал бы энергию из спонтанной телепортации кита на околоземную орбиту или закатывания камня в горку (а почему нет, физика напрямую не запрещает китам и камням этого делать. Просто статистика очень бессердечна).
 
Чтобы извлечь энергию из флуктуации (подъёма пылинки) нужно за этой пылинкой 
а-Наблюдать
б-Иметь устройство (пипетку) фиксирующую "пылинку" в верхнем положении и впоследствии эту энергию извлекающую
Яхз
«Зафиксировать» коротковременный подъём, чтобы превратить его в полезную работу, можно только приложив какое-то внешнее устройство, способное предотвратить обратное опускание.
Так вот, мозг-рука-пипетка-микроскоп, даже если сделать их на молекулярном уровне, будут тратить энергию на слежку и фиксирование пыльцы. И более того, будут греться. "

 

Похоже придётся Вам напомнить эксперимент Максвелла.

Сосуд с газом разделён перегородкой. В перегородке есть отверстие с устройством (так называемый демон Максвелла), которое позволяет пролетать быстрым (горячим) молекулам газа только из левой части сосуда в правую, а медленным (холодным) молекулам — только из правой части сосуда в левую (демон «открывает» и «закрывает» перегородку перед молекулами, оценивая их скорость). Тогда через большой промежуток времени «горячие» (быстрые) молекулы окажутся в правом сосуде, а «холодные» останутся в левом.

В эксперименте однозначно говорится, что демон следит не за любыми флуктуациями, а за молекулами и разделяет их по скоростям.

Следуя вашей логики, если упомянутые Вами бомжи воспользуются флуктуациями голубей в атмосфере, наловят их, но вместо того чтобы их съесть используют их в качестве топлива для паровой машины и совершат полезную работу - они тоже станут демонами Максвелла? 

Если Вы считаете, что еда это не энергия. Тогда вместо пчёлки которая съедает пыльцу могу предложить Вам робопчёлку, которая сидит на берегу озерца и вылавливает всё ту же пыльцу. Только вместо того чтобы её съедать она её сжигает, получает тепловую энергию, затем с помощью генератора заряжает аккумулятор от которого она работает. На каждой из этой ступени преобразования энергии есть потери, но если окажется, что наша пчёлка полностью сможет обеспечить себя энергией и ещё что то останется, например чтобы зажечь какую-нибудь лампочку, то получается что наша пчёлка извлекла полезную работу за счёт броуновского движения. Да мы не разделяли молекулы на горячие и холодные, но мы заставили их работать на себя, почему наша пчёлка не является демоном Максвелла? 

На данном примере я показал как практически можно осуществить фиксацию тепловой энергии молекул. А можно ли сделать какую-нибудь более простую схему. 

Теперь вернёмся к предложенной мной модели катализатора в виде тора. Хорошо, Вы меня убедили, что моя модель не имеет отношения к ферментам. Тогда получается, что я предлагаю к созданию новый тип катализаторов. На противоположные стороны я цепляю к своему тору активные центры которые позаимствовал у ферментов. К ним за счёт диффузии присоединяются субстраты. Субстраты ориентируются так чтобы  легче протекала химическая реакция и за счёт взаимодействия с активными центрами на них уменьшается электронная плотность, т.е. произошла активация наших субстратов. Если теперь их столкнуть, силы отталкивания между ними будут меньше и химическая реакция пройдёт легче. В принципе можно рассчитать с какой минимальной скоростью нужно столкнуть активированные субстраты чтобы прошла химическая реакция.

Отталкиваясь от нужной скорости столкновения я собираю тор таким образом, чтобы у него была такая упругость, чтобы при нужных ударах молекул он обеспечил необходимую скорость столкновения активированных субстратов. 

Ранее мы с Вами пришли к выводу, что если частицы пыльцы поднимаются в пробирке, то это значит что за счёт случайных событий микромира совершается полезная работа. Если случайные события могут поднять пыльцу, почему они не могут сжать наш катализатор как нам нужно, тем более что мы его сами проектировали в расчёте на "нужные" случайные события.

[Мансур Фазлуллин]

В 02.06.2025 в 22:00, Loiso Pondohva сказал:

Пример с рыбой также некорректен.
 
1-Энергия в рыбе или пыльце - это не энергия "работы" броуновского движения. Это вполне себе конденсированная хим энергия которая как была так и осталась.

Я понимаю, что Вы имеете в виду, что если бы в предложенной мною схеме с робопчёлой вместо пыльцы в озерце совершали бы броуновские движения не пыльца, а какие-нибудь пылинки из негорючего материала, то предложенная мною схема не сработала. Что говорит, что энергия для лампочки была получена не за счёт теплового движения молекул, а за счёт химической энергии запасённой в пыльце.

Но взгляните на это с другой стороны.

Мы переносим нашу робопчелу (далее, для краткости я буду называть робопчелу, просто пчелой) к другому озерцу, где вместо пыльцы на дне лежат более крупные, чем пыльца, угольки. Так как угольки крупнее, они не совершают броуновских движений. Они просто лежат на дне.

Если наша пчела просто сидит на берегу и ждёт. У неё рано или поздно разрядится аккумулятор, т.к. угольки к ней сами не приплывут.

Конечно можно настроить нашу пчелу, чтобы она начала самостоятельно добывать угольки. Поначалу всё будет хорошо, угольки крупнее их легче добывать, после удовлетворения потребностей пчелы в электричестве (она же всё таки робот) остаётся больше энергии. Можно зажечь не одну, а несколько лампочек. Но постепенно угольки станет добывать всё сложнее. Ведь те что рядом будут использованы, постепенно за угольками придётся ходить всё дальше и дальше. В какой-то момент окажется, что энергии сожжённого уголька не хватит чтобы добыть новый. И пчела остановится.

Этот пример показывает, что робопчела из примера с пыльцой, использует не только химическую энергию запасённую в пыльце, но и тепловую энергию молекул, которые доставили к ней пыльцу. 

Какие можно сделать выводы из этих рассуждений с пчёлой и пыльцой.

Можно выделить несколько уровней организации материи:

1. Обычный для людей объекты - туда входят объекты сопоставимые по размеру с размерами человека. На этом уровне второе начало термодинамики выполняется всегда. Т.е. для объектов из этого уровня невозможен самопроизвольный переход тепла от холодного тела к более нагретому или самопроизвольный подъём камня в гору.

2. Микрообъекты - объекты в десятки и сотни миллионов раз меньшие чем человек, к этому уровню можно отнести пчелу и пыльцу.

3. Ультрамикрообъекты - туда входят объекты сопоставимые по размеру с ферментами.

4. Молекулярный уровень.

Для начала разберёмся со вторым уровнем.

На этом уровне уже можно заметить какие-то отклонения от второго начала, та же поднимающаяся пыльца.

И можно задуматься о возможности извлечения полезной работы из подобных явлений. Но при попытках осуществить это на практике, мы оказываемся в своеобразном "энергетическом казино". Для того чтобы извлечь эту полезную работу, приходится тратить энергию на наблюдение. И тут как и в обычном казино, теория вероятности начинает работать против игрока. Чем больше он играет, тем меньше у него шансов выйти в плюс. Даже если когда-нибудь он сорвёт джекпот, это всё равно не окупит его предыдущие проигрыши. И что же нужно сделать, чтобы выиграть у казино, если теория вероятности против тебя? Нужно найти способ как можно сжульничать.

Например, если шарик металлический, можно в нужном месте прикрепить магнитик.

В примере с пыльцой и пчелой.

Озерцо с пыльцой - это нужное место, пчела выполняет роль магнитика. 

[Мансур Фазлуллин]

В 05.06.2025 в 20:22, Мансур Фазлуллин сказал:

 

Можно выделить несколько уровней организации материи:

1. Обычные для людей объекты - туда входят объекты сопоставимые по размеру с размерами человека. На этом уровне второе начало термодинамики выполняется всегда. Т.е. для объектов из этого уровня невозможен самопроизвольный переход тепла от холодного тела к более нагретому или самопроизвольный подъём камня в гору.

2. Микрообъекты - объекты в десятки и сотни миллионов раз меньшие чем человек, к этому уровню можно отнести пчелу и пыльцу.

3. Ультрамикрообъекты - туда входят объекты сопоставимые по размеру с ферментами.

4. Молекулярный уровень.

 

Итак можно сделать предварительные выводы.

На первом уровне (обычные для людей объекты) второе начало выполняется всегда.

На втором уровне (микрообъекты). Тепловые удары частиц вызывают броуновское движение взвешенных частиц в жидкости или газе.

Случайные удары молекул способны вызвать подъём броуновской частицы и совершить кратковременную полезную работу формально нарушив второе начало термодинамики. В следующий момент времени те же удары, что подняли броуновскую частицу, могут опустить её обратно - поэтому я назвал полезную работу кратковременной.

На примере с "робопчелой" была продемонстрирована принципиальная возможность фиксации данной полезной работы.

Давайте теперь разберём почему второе начало термодинамики не применимо к молекулярному уровню.

1. Для систем состоящих из малого числа атомов вполне возможен самапроизвольный переход тепла от холодных тел к более тёплым, что противоречит формулировке второго начала.

(Чтобы понять это, можете глянуть аналогию из этого видео, с 11:39)
https://rutube.ru/video/92fd51724f8f9411d333fc97f75ac4a0/

2. При столкновении молекул, в результате случайных событий, есть вероятность увеличения скорости быстрой молекулы после столкновения.

Из распределения Максвелла известно, что есть небольшое количество активных молекул, которые обладают кинетической энергией (скоростью) значительно большей, чем большинство молекул. Молекулы со средними скоростями далее будем называть обычными.

При этом происходят постоянные столкновения молекул. 

Если обеспечить контакт горячего и холодного тела (здесь тела принадлежат к первому уровню, т.е. состоят из большого количества частиц), то тепло будет самопроизвольно переходить от горячего тела к холодному. На молекулярном уровне - это означает, что при столкновении быстрых молекул горячего тела с медленными молекулами холодного тела их скорости будут выравниваться.

Это означает, что после столкновения с обычными молекулами, активные молекулы должны терять свою скорость. Т.е. после нескольких столкновений с обычными молекулами, активная молекула должна потерять свою скорость и стать обычной. 

Но в соответствии с распределением Максвелла, общее количество активных молекул постоянно. Это означает, что если одни молекулы перестают быть активными, значит другие молекулы становятся активными. Из этого можно сделать вывод, что в результате столкновения обычных молекул возможно образование активных молекул. Так как активных молекул мало, то данные столкновения маловероятны.

Но каким образом при столкновении обычных молекул образуются активные?

Наверняка этот вопрос изучен и на него есть ответ. Если кто знает прошу дать ссылку или ответить на данный вопрос.

Мне ответ на этот вопрос найти не удалось.

Поэтому предлагаю свою версию.

Молекулы состоят из атомов. Атомы состоят из ядра и электронов. Электроны движутся вокруг ядра хаотично, постоянно совершая прыжки. Где конкретно появится электрон после каждого прыжка неизвестно, но есть некоторая область где вероятность нахождения электрона равна 99,9%. Эта область называется электронной орбиталью. Для одних электронов эта область имеет форму сферы (s электроны). Для других - гантельки (р электроны).

Электроны движутся очень быстро. Поэтому в ряде случаев вполне можно принять, что вокруг ядра движется не электрон, а существует электронное облако, там где электрон появляется чаще, там у этого облака выше плотность.

Когда молекулы сталкиваются, сначала между ними уменьшается расстояние. Когда расстояние станет меньше диаметра молекулы электронные облака начнут накладываться друг на друга и начнут резко расти силы кулоновского отталкивания между молекулами. По мере увеличения сил отталкивания молекулы начнут замедляться, но расстояние между ними, хоть и медленнее, будет сокращаться.

Затем наступит некоторый момент времени, когда расстояние между молекулами будет минимально, в этот момент они перестанут двигаться относительно друг друга. 

В следующий момент времени из-за кулоновского отталкивания они начнут двигаться друг от друга. 

А что если в момент когда молекулы подошли на минимальное расстояние друг к другу их внешние электроны, совершат случайные прыжки и окажутся рядом друг с другом? И возникнут более сильные силы кулоновского отталкивания за счёт чего молекулы и разлетятся с большими скоростями чем обладали перед столкновением? 

Для наглядности я набросал схему в painte

 

 

[Мансур Фазлуллин]

В 03.06.2025 в 21:01, Мансур Фазлуллин сказал:

 

Теперь вернёмся к предложенной мной модели катализатора в виде тора. Хорошо, Вы меня убедили, что моя модель не имеет отношения к ферментам. Тогда получается, что я предлагаю к созданию новый тип катализаторов. На противоположные стороны я цепляю к своему тору активные центры которые позаимствовал у ферментов. К ним за счёт диффузии присоединяются субстраты. Субстраты ориентируются так чтобы  легче протекала химическая реакция и за счёт взаимодействия с активными центрами на них уменьшается электронная плотность, т.е. произошла активация наших субстратов. Если теперь их столкнуть, силы отталкивания между ними будут меньше и химическая реакция пройдёт легче. В принципе можно рассчитать с какой минимальной скоростью нужно столкнуть активированные субстраты чтобы прошла химическая реакция.

Отталкиваясь от нужной скорости столкновения я собираю тор таким образом, чтобы у него была такая упругость, чтобы при нужных ударах молекул он обеспечил необходимую скорость столкновения активированных субстратов. 

 

В посте от 8 июня было разобрано, что при столкновении обычных молекул (молекул обладающими средними скоростями возможно образование активных молекул (молекул обладающих скоростями выше средних). Было высказано предположение, что образование активных молекул происходит из-за того, что электроны сталкивающихся молекул совершая случайные прыжки оказываются в "нужном" месте в "нужное" время.

Указанные события маловероятны, поэтому активных молекул гораздо меньше, чем обычных молекул.

То есть получается, что результат столкновения молекул зависит от случайных прыжков электронов в момент когда молекулы максимально сблизились друг с другом.

Возвращаясь к модели катализатора в виде тора.

Тор (носитель активных центров) не обязательно конструировать так чтобы он обеспечил минимальную скорость при которой активированные субстраты вступили в химическую реакцию со 100% вероятностью.

Химическая реакция между активированными субстратами может произойти и при меньшей скорости столкновения при условии, что в момент максимального сближения внешние электроны активированных субстратов будут находится в "нужных" местах.

Вполне возможна ситуация, что для того чтобы химическая реакция между активированными субстратами прошла с вероятностью 100% при "нужных" тепловых ударах молекул среды, носитель с требуемыми характеристиками создать невозможно.

Но при этом, если снизить требования к скорости столкновения активированных субстратов, за счёт снижения вероятности протекания химической реакции со 100 до 80%, то задача создания носителя станет более реальной.

Наверное следует повторить, что форма тора выбрана для наглядности. Главное требование к носителю, чтобы он был способен обеспечить нужную скорость столкновения активированных субстратов при "нужных" ударах молекул среды и восстанавливать исходную форму при обычных тепловых ударах.

 

 

[Мансур Фазлуллин]

В 02.06.2025 в 06:34, Loiso Pondohva сказал:

Тепловая же энергия молекулы кислорода - несопоставима с энергиями химических связей. 
Даже если в одно место "влетит" атом воздуха, скажем скоростью 1000 м/с (а это средняя тепловая скорость для температур газа в районе 10тыс кельвин) то энергия будет едва ли сопоставима с самой слабой Ваандер-Вальсовой или водородной связью (0.1 эВ)
Для разрыва нормальной такой связи нужно 10-20 таких атомов влетающих в одно место. 
Для более нормальных скоростей (400 м/с) энергия средней частицы в принципе тонет где-то в районе 0.01/2 эВ.

 

 

V = (3*k*T/m)^(0,5)

k = 1,38*10^-23 Дж/К

m (N2) =4,65*10^-26 кг

Т = 10000 К

 

V(10000) = (3*1,38*10^-23*10000/4,65*10^-26)^(0,5) 

V(10000) = 3000 м/с

V(293) = 510 м/с

Причём это средняя скорость молекулы азота при 20 ⁰С.

Скорость активных молекул может быть в несколько раз выше.

Если скорость активной молекулы азота при 20 градусах 2500 м/с. То её кинетическая энергия в 6,25 раз выше чем у молекулы со скоростью 1000 м/с.

Итого "для разрыва такой связи" нужно не 10-20 таких молекул, а 1-3.

 

 

 

 

[Мансур Фазлуллин]

В 02.06.2025 в 06:34, Loiso Pondohva сказал:

Тепловая же энергия молекулы кислорода - несопоставима с энергиями химических связей. 
Даже если в одно место "влетит" атом воздуха, скажем скоростью 1000 м/с (а это средняя тепловая скорость для температур газа в районе 10тыс кельвин) то энергия будет едва ли сопоставима с самой слабой Ваандер-Вальсовой или водородной связью (0.1 эВ)
Для разрыва нормальной такой связи нужно 10-20 таких атомов влетающих в одно место. 
Для более нормальных скоростей (400 м/с) энергия средней частицы в принципе тонет где-то в районе 0.01/2 эВ.

Для того чтобы понять, что ваши утверждения некорректны даже не нужно было проводить расчёты. 

Вы пробовали сушить бельё после стирки? Разве сушка белья - это не есть процесс разрыва водородных связей молекул воды и переход их из белья в атмосферу?

Если ту же воду нагреть до 10 тысяч кельвин, то у Вас разорвутся не только водородные связи. У Вас разорвутся все химические связи и даже будут разорваны связи между атомами и внешними электронами, т.е. вода превратится в плазму. 

Так что в своих оценках Вы явно где-то сильно накосячили.

Если провести расчёты корректно, то выяснится, что при комнатной температуре средняя скорость молекул воды действительно не достаточна, для того чтобы разорвать водородные связи и улететь.

И как же тогда сохнет бельё?

Молекулы воды постоянно сталкиваются друг с другом, есть небольшая вероятность, что при столкновении медленных молекул со средними скоростями образуются активные молекулы - молекулы со скоростями значительно выше средней. Когда такие столкновения происходят на границе жидкости и атмосферы, то активные молекулы способны разорвать водородные связи и перейти в газообразное состояние. 

[Мансур Фазлуллин]

В 02.06.2025 в 11:30, Loiso Pondohva сказал:

Ещё, чтобы ещё больше въехать почему именно ферменты в данном вопросе не уникальнее обычных катализаторов
И какие проблемы вообще возникают когда кто-то пытается из катализатора сделать perpetuum mobile
И сопряжённые темы 
Можете ознакомиться с этим топиков с 6, до где-то 12 страницы
Начиная с цеолитов и разложения воды на них на кислород и водород
(особенно подумайте над приведённым примером с Венерой)
Ну и остальные обсуждения (только не от Кобасиста)) вам будут полезны для общего развития

 

Изучил пример с Венерой.

Если кому-то лень читать предложенный пример коротко перескажу.

Там рассматривали пример, что на цеолитах при 500 ⁰С получают водород из воды. Если полученный водород сжечь, то можно получить энергию. Но реакция разложения воды эндотермическая. Чтобы разложить воду нужно потратить энергию. И в итоге оказывается, что полученная от сжигания водорода энергия, при КПД 100%, равна затраченной энергии на разложение воды, а в реальности будет меньше.

И был предложен мысленный эксперимент, а что если этот процесс вести на Венере где температура 500 ⁰С. 

Тогда водород будет получаться бесплатно и можно использовать всю энергию полученную от его сжигания.

От себя добавлю, что водород является топливом на Земле. Атмосфера Венеры почти полностью состоит из СО2 и азота и на Венере топливом скорее будет кислород. Если на Венере найти графит или кремний, то они будут гореть при взаимодействии с кислородом, а не с водородом.

Но тогда можно предложить следующую схему.

В замкнутом объёме есть водяной пар и цеолиты которые катализируют реакцию разложения воды на водород и кислород. Можно подождать пока накопится водород. Затем поджечь полученную смесь и получить полезную работу. При сгорании водорода смесь нагреется до 2000 градусов, газы расширятся и толкнут поршень, который заставит вращаться динамомашину. Смесь сгорит. Образуется вода. Затем она остынет до 500 градусов и поршень вернётся в исходное состояние. Снова начнётся процесс накопления водорода.

Из того обсуждения становится понятно почему данная схема не работоспособна. 

Энергия Гиббса реакции разложения воды ΔG > 0. Что это означает?

Энергию Гиббса можно сравнить с потенциальной энергией. Рассмотрим приложенный рисунок. Шарик находится в правой части на возвышенности. Если он переместится в левую часть он станет ниже, а значит его потенциальная энергия уменьшится. Для того чтобы шарик скатился в лево (вниз) нужно приложить немного энергии. После того как он скатится нужно приложить гораздо больше энергии, чтобы вернуть его наверх.

Данный принцип справедлив и для химической реакции. Вода обладает низкой энергией Гиббса, поэтому её образование идёт легко. Например, каждое тысячное столкновение водорода и кислорода приводит к образованию воды (цифра с потолка для примера). Водород и кислород имеют большую энергию Гиббса, чем вода, поэтому их образование требует гораздо большей энергии, и к их образованию приводит, например каждое сто тысячное столкновение молекул воды.

В итоге наступает равновесие при котором примерно на сто тысяч молекул воды приходится тысяча  молекул водорода.

При одном столкновении каждой из ста тысяч молекул воды образуется одна молекула водорода.

При одном столкновении каждой из тысячи молекул водорода образуется одна молекула воды. Т.е. при соотношении сто к одному воды и водорода образуется одинаково.

Т.е. если в начале у нас было 100% воды, то содержание водорода не превысит 1%.

Нижний концентрационный предел распространения для водорода 4,1% об. Но это для Земли. Для Венеры при 500 градусах, скорее всего он будет другой. Допустим для Венеры он будет 2%. А значит смесь в которой 1% водорода не загорится.

Теперь если мы используем катализатор, например платину или палладий, то это ускорит прямую и обратную химические реакции допустим в 100 раз. Теперь к образованию водорода будет приводить не каждое сто тысячное, а каждое 1000 столкновение молекул воды. Но и реакция образования воды тоже ускорится в 100 раз и теперь к образованию воды будет приводить не каждое 1000, а каждое 10 столкновение H2 и О2. 

В итоге, что с катализатором, что без катализатора у нас равновесие наступит при содержании водорода 1%. Просто с катализатором равновесие наступит быстрее.

Пока всё понятно и логично, а теперь давайте рассмотрим момент который лично меня смущает.

Как было сказано в начале в качестве катализатора используют не платину или палладий или ещё что-то подобное.

В качестве катализатора разложения воды используют цеолиты. А что такое цеолиты - цеолиты это молекулярные сита.

Водород меньше чем вода, поэтому он быстрее проходит через цеолиты.

В принципе зная размеры водорода и воды можно организовать для воды своеобразный лабиринт. Например, на входе делать ячейки через которые вода и водород проходят одинаково легко, далее постепенно их уменьшать. Причём даже самая маленькая ячейка должна быть легко проходима для водорода (учитывая его размеры это не сложно).

Это приведёт к тому что водород будет легко проходить цеолиты на сквозь, а у воды будут проблемы, чтобы выбраться из цеолита.

А теперь главный вопрос.

Если время контакта воды с цеолитом будет значительно больше, чем время контакта водорода с цеолитом может ли это сместить равновесие реакции разложения воды в сторону увеличения концентрации водорода?

 

[Мансур Фазлуллин]

В 26.06.2025 в 23:20, Мансур Фазлуллин сказал:

А теперь главный вопрос.

Если время контакта воды с цеолитом будет значительно больше, чем время контакта водорода с цеолитом может ли это сместить равновесие реакции разложения воды в сторону увеличения концентрации водорода?

Раз на поставленный вопрос никто не отвечает попробую сформулировать его более наглядно.

У нас есть емкость со смесью водорода и иного газа (например CO₂ или N₂). Мы разделяем эту ёмкость стенкой в которой есть щель конической формы. См. приложенный рисунок.

При этом диаметр меньшего отверстия незначительно больше диаметра молекулы водорода.  

Чтобы попасть из левой части в правую, водороду нужно точно попасть в малое отверстие. 

Из правой части в левую водороду попасть значительно легче, т.к. диаметр входа больше.

В этом можно убедиться на практике попробовав налить воду в узкое горлышко бутылки с воронкой или без.

Будет ли концентрация водорода в левой части расти?