Generator de hidrogen prin slăbirea legăturilor interatomice cu temperatură ridicată. Cum se separă oxigenul și hidrogenul din apă prin electroliză Temperatura de descompunere a apei în hidrogen și oxigen

Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de un dispozitiv mai complex - un electrolizor, care constă dintr-un tub larg curbat umplut cu o soluție alcalină, în care sunt scufundați doi electrozi de nichel.

Oxigenul va fi eliberat în cotul drept al electrolizorului, unde este conectat polul pozitiv al sursei de curent, iar hidrogenul - în stânga.

Acesta este un tip comun de electrolizor utilizat în laboratoare pentru a produce cantități mici de oxigen pur.

Oxigenul se obține în cantități mari în băi electrolitice de diferite tipuri.

Să intrăm într-una dintre uzinele electrochimice pentru producerea oxigenului și a hidrogenului. În halele de atelier uriașe și luminoase, există dispozitive în rânduri stricte, cărora le este alimentat curent continuu prin bare colectoare de cupru. Acestea sunt băi electrolitice. În ele, oxigenul și hidrogenul pot fi obținute din apă.

Baie electrolitică- un vas în care electrozii sunt amplasați paralel unul cu celălalt. Vasul este umplut cu o soluție - un electrolit. Numărul de electrozi din fiecare baie depinde de mărimea vasului și de distanța dintre electrozi. Conform schemei de conectare a electrozilor la circuitul electric, băile sunt împărțite în unipolare (monopolare) și bipolare (bipolare).

Într-o baie monopolară, jumătate dintre electrozi sunt conectați la polul pozitiv al sursei de curent, iar cealaltă jumătate la polul negativ.

Într-o astfel de baie, fiecare electrod servește fie ca anod, fie ca catod, iar același proces are loc pe ambele părți.

Într-o baie bipolară, sursa de curent este conectată numai la electrozii exteriori, dintre care unul servește ca anod și celălalt ca catod. Din anod, curentul curge în electrolit, prin care este transferat de ioni către un electrod din apropiere și îl încarcă negativ.

Pe măsură ce curentul trece prin electrod, acesta reintră în electrolit, încărcând pozitiv partea inversă a acelui electrod. Astfel, trecând de la un electrod la altul, curentul ajunge la catod.

Într-o baie bipolară, doar anodul și catodul acționează ca electrozi monopolari. Toți electrozii rămași aflați între ei sunt, pe de o parte, catozi (-), iar pe de altă parte, anozi (+).

Când un curent electric trece prin baie, oxigenul și hidrogenul sunt eliberate între electrozi. Aceste gaze trebuie separate unele de altele și trimise fiecare prin propria conductă.

Există două moduri de a separa oxigenul de hidrogen într-o baie electrolitică.

Primul dintre ele este că electrozii sunt separați unul de celălalt prin clopoței metalici. Gazele formate pe electrozi se ridică în sus sub formă de bule și fiecare intră în propriul clopot, de unde sunt trimise prin orificiul de ieșire superior în conducte.

În acest fel, oxigenul poate fi ușor separat de hidrogen. Cu toate acestea, o astfel de separare duce la costuri inutile, neproductive de energie, deoarece electrozii trebuie plasați la o distanță mare unul de celălalt.

O altă modalitate de a separa oxigenul și hidrogenul în timpul electrolizei este să plasați o partiție între electrozi - o diafragmă, care este impenetrabilă bulelor de gaz, dar permite trecerea bine a curentului electric. Diafragma poate fi realizată din țesătură de azbest strâns, cu o grosime de 1,5-2 milimetri. Această țesătură este întinsă între cei doi pereți ai vasului, creând astfel spații catodice și anodice izolate unul de celălalt.

Hidrogenul din toate spațiile catodice și oxigenul din toate spațiile anodice intră în conductele colectoare. De acolo, fiecare gaz este trimis prin conducte într-o cameră separată. În aceste încăperi, buteliile de oțel sunt umplute cu gazele rezultate la o presiune de 150 de atmosfere. Cilindrii se trimit în toate colțurile țării noastre. Oxigenul și hidrogenul sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii ale economiei naționale.

Dacă găsiți o eroare, evidențiați o bucată de text și faceți clic Ctrl+Enter.

tra. Această tehnică a fost discutată mai sus în paragraful privind purificarea hidrogenului și a monoxidului de carbon CO. Deși la prima vedere această metodă de obținere a hidrogenului poate părea atractivă, implementarea sa practică este destul de complicată.

Să ne imaginăm un astfel de experiment. Într-un vas cilindric sub piston se află 1 kmol de vapori de apă puri. Greutatea pistonului creează o presiune constantă în cocj egală cu 1 atm. Aburul din vas este încălzit la o temperatură > 3000 K. Valorile indicate de presiune și temperatură au fost selectate de producător. dar ca exemplu.

Dacă în vas există doar molecule de H20, atunci cantitatea de energie liberă a sistemului poate fi determinată folosind tabelele TeD corespunzătoare ale proprietăților dinamice ale apei și vaporilor de apă, de fapt, cel puțin o parte din moleculele de apă vaporii se descompun în elementele sale chimice constitutive, adică hidrogen și oxigen:

Bess Ruff este o studentă absolventă din Florida care lucrează pentru un doctorat în geografie. Ea și-a primit masterul în Știința și Managementul Mediului de la Bren School of Environmental Science and Management de la Universitatea din California, Santa Barbara în 2016.

Numărul de surse utilizate în acest articol: . Veți găsi o listă a acestora în partea de jos a paginii.

Procesul de scindare a apei (H 2 O) în componentele sale (hidrogen și oxigen) folosind electricitate se numește electroliză. Gazele obținute în urma electrolizei pot fi folosite singure - de exemplu, hidrogenul servește ca una dintre cele mai curate surse de energie. Deși numele acestui proces poate suna puțin abstrus, este de fapt mai ușor decât ar părea dacă aveți echipamentul potrivit, cunoștințele și puțină experiență.

Pași

Partea 1

1. Luați un pahar de 350 de mililitri și turnați apă caldă în el. Nu este nevoie să umpleți paharul până la refuz; o cantitate mică de apă va fi suficientă. Apa rece va funcționa și ea, deși apa caldă conduce mai bine electricitatea.

   • Atât apa de la robinet, cât și cea îmbuteliată vor fi potrivite.
   • Apa caldă are o vâscozitate mai mică, ceea ce face mai ușor deplasarea ionilor prin ea.

2. Dizolvați 1 lingură (20 grame) sare de masă în apă. Se toarnă sare într-un pahar și se amestecă apa până se dizolvă. Rezultatul este o soluție salină.

   • Clorura de sodiu (adică sarea de masă) este un electrolit care crește conductivitatea electrică a apei. Apa în sine nu conduce bine electricitatea.
   • Odată ce creșteți conductivitatea electrică a apei, curentul creat de baterie va curge mai ușor prin soluție și va împărți mai eficient moleculele în hidrogen și oxigen.

3. Ascuțiți două creioane tari și moi la ambele capete pentru a expune mina de grafit. Nu uitați să scoateți radiera din creioane. Ar trebui să existe o tijă de grafit care iese din ambele capete.

   • Tijele de grafit vor servi drept electrozi izolați la care veți conecta bateria.
   • Grafitul funcționează bine pentru acest experiment, deoarece nu se dizolvă și nu se corodează în apă.

4. Tăiați o bucată de carton suficient de mare pentru a încăpea deasupra paharului. Folosește carton destul de gros, care să nu se lade după ce faci două găuri în el. Tăiați o bucată pătrată dintr-o cutie de pantofi sau similar.

   • Cartonul este necesar pentru a ține creioanele în apă, astfel încât acestea să nu atingă pereții și fundul paharului.
   • Cartonul nu conduce curentul, așa că poate fi așezat în siguranță pe un pahar.

5. Folosește creioane pentru a face două găuri în carton. Perforați cartonul cu creioane - în acest caz, acestea vor fi bine prinse și nu vor aluneca. Asigurați-vă că grafitul nu atinge pereții sau fundul sticlei, altfel va interfera cu experimentul.

   Partea 2

   Faceți un experiment

   1. Conectați un fir cu cleme crocodi la fiecare bornă a bateriei. O baterie va servi drept sursă de curent electric, iar prin fire cu cleme și tije de grafit, curentul va ajunge în apă. Conectați un fir cu o clemă la polul pozitiv și celălalt la polul negativ al bateriei.

      • Utilizați o baterie de 6 volți. Dacă nu aveți unul, puteți utiliza în schimb o baterie de 9 volți.
      • O baterie potrivită poate fi achiziționată de la un magazin de produse electrice sau un supermarket.

   2. Conectați celelalte capete ale firelor la creioane. Fixați corect clemele de sârmă metalică pe tijele de grafit. Poate fi necesar să mai răzuiți niște lemn de pe creioane pentru a împiedica clemele să alunece de pe mine de grafit.

      • Astfel vei închide circuitul și curentul de la baterie va curge prin apă.

   3. Așezați cartonul pe sticlă astfel încât capetele libere ale creioanelor să fie scufundate în apă. Foaia de carton trebuie să fie suficient de mare pentru a se sprijini în siguranță pe sticlă. Aveți grijă să nu perturbați amplasarea corectă a creioanelor.

      • Pentru ca experimentul să aibă succes, grafitul nu trebuie să atingă pereții și fundul paharului. Verificați acest lucru din nou și ajustați-vă creioanele dacă este necesar.

   4. Urmăriți apa împărțită în hidrogen și oxigen. Bulele de gaz vor începe să se ridice din tijele de grafit coborâte în apă. Acestea sunt hidrogen și oxigen. Hidrogenul va fi eliberat la polul negativ și oxigenul la polul pozitiv.

      • Odată ce conectați firele la baterie și tijele de grafit, un curent electric va curge prin apă.
      • Pe creionul care este conectat la polul negativ se vor forma mai multe bule de gaz, deoarece fiecare moleculă de apă este formată din doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen.
   • Dacă nu aveți creioane cu mine de grafit, puteți folosi în schimb două fire mici. Pur și simplu înfășurați un capăt al fiecărui fir în jurul stâlpului corespunzător al bateriei și coborâți celălalt în apă. Veți obține același rezultat ca și cu creioanele.
   • Încercați să utilizați o altă baterie. Tensiunea bateriei determină cantitatea de curent care curge, care, la rândul său, afectează rata de scindare a moleculelor de apă.

   Avertizări

   • Dacă adăugați un electrolit, cum ar fi sare, în apă, rețineți că o cantitate mică de produs secundar, cum ar fi clorul, va fi produsă în timpul experimentului. Este sigur în cantități atât de mici, dar este posibil să simțiți un ușor miros de clor.
   • Efectuați acest experiment sub supravegherea unui adult. Este asociat cu electricitatea și gazele, deci poate reprezenta un pericol, deși acest lucru este puțin probabil.

În acest articol vom vorbi despre ruperea moleculelor de apă și Legea conservării energiei. La sfârșitul articolului există un experiment pentru acasă.

Nu are rost să inventăm instalații și dispozitive pentru descompunerea moleculelor de apă în hidrogen și oxigen fără a ține cont de Legea conservării energiei. Se presupune că este posibil să se creeze o astfel de instalație care va cheltui mai puțină energie pentru descompunerea apei decât energia care este eliberată în timpul procesului de ardere (combinație într-o moleculă de apă). În mod ideal, structural, modelul de descompunere a apei și combinația de oxigen și hidrogen într-o moleculă va avea un aspect ciclic (repetat).

Inițial, există un compus chimic - apa (H 2 O). Pentru a-l descompune în componentele sale - hidrogen (H) și oxigen (O), este necesar să se aplice o anumită cantitate de energie. În practică, sursa acestei energii poate fi o baterie auto. Ca urmare a descompunerii apei, se formează un gaz, format în principal din molecule de hidrogen (H) și oxigen (O). Unii îl numesc „Brown’s Gas”, alții spun că gazul eliberat nu are nicio legătură cu Brown’s Gas. Cred că nu este nevoie să argumentăm și să dovedim cum se numește acest gaz, pentru că nu contează, lasă filosofii să o facă.

Gazul, în loc de benzină, intră în cilindrii motorului cu ardere internă, unde este aprins de o scânteie de la bujiile sistemului de aprindere. Are loc o combinație chimică de hidrogen și oxigen în apă, însoțită de o eliberare bruscă de energie de explozie, forțând motorul să funcționeze. Apa formată în timpul procesului de combinare chimică este eliberată din cilindrii motorului sub formă de abur prin galeria de evacuare.

Un punct important este posibilitatea reutilizarii apei pentru procesul de descompunere în componentele sale - hidrogen (H) și oxigen (O), format ca urmare a arderii în motor. Să ne uităm din nou la „ciclul” ciclului apei și energiei. Ruperea apei, care se află într-un compus chimic stabil, este cheltuită o anumită cantitate de energie. Ca urmare a arderii, dimpotrivă iese în evidență o anumită cantitate de energie. Energia eliberată poate fi calculată aproximativ la nivel „molecular”. Datorită caracteristicilor echipamentului, energia cheltuită la rupere este mai greu de calculat, dar este mai ușor de măsurat. Dacă neglijăm caracteristicile calitative ale echipamentului, pierderile de energie pentru încălzire și alți indicatori importanți, atunci, ca urmare a calculelor și măsurătorilor, dacă sunt efectuate corect, se dovedește că energia consumată și eliberată sunt egale între ele. . Aceasta confirmă Legea conservării Energiei, care afirmă că energia nu dispare nicăieri și nu apare „din gol” doar trece în altă stare; Dar vrem să folosim apa ca sursă de energie suplimentară „utilă”. De unde vine această energie? Energia este cheltuită nu numai pentru descompunerea apei, ci și pentru pierderi, care iau în considerare eficiența instalației de descompunere și eficiența motorului. Și vrem să obținem un „ciclu” în care este eliberată mai multă energie decât cheltuită.

Nu ofer aici numere specifice care să ia în considerare costurile și producția de energie. Unul dintre vizitatorii site-ului meu mi-a trimis cartea lui Kanarev prin Mail, pentru care îi sunt foarte recunoscător, în care „calculele” de energie sunt prezentate în mod popular. Cartea este foarte utilă și câteva articole ulterioare de pe site-ul meu vor fi dedicate în mod special cercetării lui Kanarev. Unii vizitatori ai site-ului meu susțin că articolele mele contrazic fizica moleculară, așa că în articolele mele ulterioare voi prezenta, în opinia mea, principalele rezultate ale cercetării omului de știință molecular - Kanarev, care nu contrazic teoria mea, ci dimpotrivă. confirmă ideea mea despre posibilitatea de descompunere a apei cu amperi scăzuti.

Dacă presupunem că apa folosită pentru descompunere este compusul chimic final cel mai stabil, iar proprietățile sale chimice și fizice sunt aceleași cu cele ale apei eliberate sub formă de abur din colectorul unui motor cu ardere internă, atunci indiferent cât de productivă este descompunerea plantele erau, nu are rost să încercăm să obținem energie suplimentară din apă. Acest lucru contrazice Legea conservării energiei. Și apoi, toate încercările de a folosi apa ca sursă de energie sunt inutile și toate articolele și publicațiile pe această temă nu sunt altceva decât concepții greșite ale oamenilor sau pur și simplu înșelăciune.

Orice compus chimic în anumite condiții se dezintegrează sau se combină din nou. Condiția pentru aceasta poate fi mediul fizic în care se află acest compus - temperatură, presiune, iluminare, influență electrică sau magnetică sau prezența catalizatorilor, altor substanțe chimice sau compuși. Apa poate fi numită un compus chimic anormal, având proprietăți care nu sunt inerente tuturor celorlalți compuși chimici. Aceste proprietăți includ (printre altele) reacții la schimbările de temperatură, presiune și curent electric. În condițiile naturale ale Pământului, apa este un compus chimic stabil și „final”. În aceste condiții, există o anumită temperatură, presiune și nu există câmp magnetic sau electric. Există multe încercări și opțiuni de a schimba aceste condiții naturale pentru a descompune apa. Dintre acestea, descompunerea prin expunerea la curent electric pare cea mai atractivă. Legătura polară a atomilor din moleculele de apă este atât de puternică încât câmpul magnetic al Pământului poate fi neglijat, ceea ce nu are niciun efect asupra moleculelor de apă.

O mică digresiune de la subiect:

Există o presupunere de către anumiți oameni de știință că Piramidele lui Keops nu sunt altceva decât instalații uriașe pentru concentrarea energiei Pământului, pe care o civilizație necunoscută le-a folosit pentru a descompune apa. Tunelurile înguste înclinate din Piramidă, al căror scop nu a fost încă dezvăluit, ar putea fi folosite pentru mișcarea apei și a gazelor. Aceasta este o retragere atât de „fantastică”.

Hai sa continuăm. Dacă apa este plasată în câmpul unui magnet permanent puternic, nu se va întâmpla nimic, legătura atomilor va fi în continuare mai puternică decât acest câmp. Un câmp electric generat de o sursă puternică de curent electric aplicată apei prin electrozi scufundați în apă provoacă electroliza apei (descompunerea în hidrogen și oxigen). În același timp, costurile de energie ale sursei de curent sunt enorme - nu sunt comparabile cu energia care poate fi obținută din procesul de conectare inversă. Aici apare sarcina de a minimiza costurile energetice, dar pentru a face acest lucru este necesar să înțelegem cum are loc procesul de rupere a moleculelor și pe ce se poate „economisi”.

Pentru a crede în posibilitatea utilizării apei ca sursă de energie, trebuie să „operăm” nu numai la nivelul unor molecule de apă unice, ci și la nivelul conexiunii unui număr mare de molecule datorită atracției lor reciproce și orientarea dipolului. Trebuie să ținem cont de interacțiunile intermoleculare. Apare o întrebare rezonabilă: de ce? Dar pentru că înainte ca moleculele să se rupă, acestea trebuie mai întâi orientate. Acesta este, de asemenea, răspunsul la întrebarea „De ce este utilizat curent electric continuu într-o instalație de electrolizor convențională, dar curentul alternativ nu funcționează?”

Conform teoriei clusterelor, moleculele de apă au poli magnetici pozitivi și negativi. Apa în stare lichidă nu are o structură densă, astfel încât moleculele din ea, atrase de poli opuși și respinse de poli asemănători, interacționează între ele, formând grupuri. Dacă pentru apa în stare lichidă ne imaginăm axe de coordonate și încercăm să stabilim în ce direcție a acestor coordonate există mai multe molecule orientate, nu vom reuși, deoarece orientarea moleculelor de apă fără influență externă suplimentară este haotică.

În stare solidă (stare de gheață) apa are o structură de molecule care sunt ordonate și orientate precis într-un anumit fel unele față de altele. Suma câmpurilor magnetice a șase molecule de H 2 O în stare de gheață într-un plan este zero, iar legătura cu „șase” molecule învecinate dintr-un cristal de gheață duce la faptul că, în general, într-un anumit volum (bucată) de gheață, nu există o polaritate „comună”.

Dacă gheața se topește de la o creștere a temperaturii, atunci multe dintre legăturile moleculelor de apă din „zăbrele” vor fi distruse și apa va deveni lichidă, dar „distrugerea” nu va fi completă. Un număr mare de legături de molecule de apă în „șase” vor rămâne. O astfel de apă de topire se numește „structurată”, este utilă pentru toate ființele vii, dar nu este potrivită pentru descompunere în hidrogen și oxigen, deoarece va fi necesar să se cheltuiască energie suplimentară pentru ruperea legăturilor intermoleculare, ceea ce complică orientarea moleculelor înainte ca acestea să fie. sunt stricate." O pierdere semnificativă a conexiunilor cluster în apa de topire va avea loc mai târziu, în mod natural.

Dacă în apă există impurități chimice(săruri sau acizi), atunci aceste impurități împiedică unirea moleculelor de apă învecinate într-o rețea de cluster, eliminând legăturile de hidrogen și oxigen din structura apei, care la temperaturi scăzute perturbă structura „solidă” a gheții. Toată lumea știe că soluțiile de electroliți acizi și alcalini nu îngheață la temperaturi sub zero în același mod ca apa sărată. Datorită prezenței impurităților, moleculele de apă devin ușor orientate sub influența unui câmp electric extern. Pe de o parte, acest lucru este bun, nu este nevoie să risipești energie suplimentară pe orientarea polară, dar, pe de altă parte, este rău, deoarece aceste soluții conduc bine curentul electric și, ca urmare, în conformitate cu Legea lui Ohm, amplitudinea curentului necesară pentru a rupe moleculele se dovedește a fi semnificativă. Tensiunea interelectrodă scăzută duce la o temperatură scăzută de electroliză, astfel încât o astfel de apă este utilizată în instalațiile de electroliză, dar o astfel de apă nu este potrivită pentru descompunerea „ușoară”.

Ce fel de apă ar trebui folosită? Apa ar trebui să aibă un număr minim de legături intermoleculare - pentru „ușurința” orientării polare a moleculelor și nu ar trebui să aibă impurități chimice care îi măresc conductivitatea - pentru a reduce curentul folosit pentru ruperea moleculelor. În practică, apa distilată corespunde unei astfel de ape.

Puteți face singur un experiment simplu

Turnați apă proaspăt distilată într-o sticlă de plastic. Pune sticla la congelator. Lăsați sticla să stea aproximativ două până la trei ore. Cand scoti sticla din congelator (nu agita sticla), vei vedea ca apa este in stare lichida. Deschideți sticla și turnați apă într-un jet subțire pe o suprafață înclinată din material neconductiv termic (de exemplu, o placă largă de lemn). În fața ochilor tăi, apa se va transforma în gheață. Dacă a rămas apă în sticlă, închideți capacul și loviți fundul sticlei cu o mișcare bruscă pe masă. Apa din sticla se va transforma brusc in gheata.

Experimentul s-ar putea să nu funcționeze dacă apa a fost distilată cu mai mult de cinci zile în urmă, a fost de proastă calitate sau a fost supusă scuturului, ca urmare a cărora au apărut legături cluster (intermoleculare). Timpul de păstrare în congelator depinde de congelatorul în sine, ceea ce poate afecta și „puritatea” experimentului.

Acest experiment confirmă faptul că numărul minim de legături intermoleculare este în apă distilată.

Un alt argument important în favoarea apei distilate: Dacă ați văzut cum funcționează o instalație de electrolizor, atunci știți că utilizarea apei de la robinet (chiar purificată prin filtru) poluează electrolizorul astfel încât, fără curățare regulată, eficiența electrolizei este redusă. , și curățarea frecventă a echipamentelor complexe - costuri inutile cu forța de muncă, iar echipamentul va deveni inutilizabil din cauza asamblarii și demontării frecvente. Prin urmare, nici nu vă gândiți să folosiți apa de la robinet pentru a se descompune în hidrogen și oxigen. Stanley Mayer a folosit doar apa de la robinet ca o demonstrație pentru a arăta cât de cool era configurația lui.

Pentru a înțelege pentru ce trebuie să ne străduim, trebuie să înțelegem fizica proceselor care au loc cu moleculele de apă atunci când sunt expuse la curent electric. În articolul următor ne vom familiariza pe scurt