Springen naar inhoud

[scheikunde] Elektrolyse


  • Log in om te kunnen reageren

#1

ArendJan

    ArendJan


  • 0 - 25 berichten
  • 1 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 05 juli 2006 - 13:59

Als men op een waterrijke kleilaag elektrolyse gaat toepassen, om het watergehalte te verminderen, uit welk soort deeltjes moet het water in de kleilaag in elk geval bevatten om elektrolyse mogelijk te maken?

Elektronen of ionen ofzo?

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Fuzzwood

    Fuzzwood


  • >5k berichten
  • 11101 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 05 juli 2006 - 14:52

Wat zorgt dat water kan geleiden? (Hint: Waarom geleidt gedemineraliseerd water nauwelijks stroom?)

#3

The Herminator

    The Herminator


  • >1k berichten
  • 2035 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 05 juli 2006 - 19:07

En wat ga je dan dus doen als je electrolyseert? (hint: het is niet het water dat reageert aan de electrodes!) :oops:

#4

woelen

    woelen


  • >1k berichten
  • 3145 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 05 juli 2006 - 20:18

Als men op een waterrijke kleilaag elektrolyse gaat toepassen, om het watergehalte te verminderen, uit welk soort deeltjes moet het water in de kleilaag in elk geval bevatten om elektrolyse mogelijk te maken?

Elektronen of ionen ofzo?

Is dit een theoretische vraag, of wordt dit in de praktijk toegepast? Het lijkt mij een erg langzame (en dure) manier om water uit de klei weg te halen.

In theorie kan het, omdat de netto reactie is dat water in waterstof en zuurstof wordt ontleedt. Om je bij je vraag wat op gang te helpen geef ik hier aan dat deze reactie opgesplitst plaats vindt. Zuurstof wordt gevormd aan de anode, en waterstof aan de kathode. Er worden electronen aan de anode opgenomen en electronen aan de kathode afgegeven. Er komen geen losse electronen in water voor. Bedenk nu, hoe het kan dat er toch electronen worden uitgewisseld bij de electroden. Wat is daar voor nodig? Meer hints wil ik nu nog niet geven, want dan kan ik net zo goed gewoon het antwoord hier opschrijven.

#5

The Herminator

    The Herminator


  • >1k berichten
  • 2035 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 06 juli 2006 - 08:00

Euh Wilco.... in een "waterrijke kleilaag" (rijk aan mineraal-ionen!) zal het toch wel niet water zijn wat aan de electrodes reageert? Ik gok dat er zich de welbekende "smurrie" gaat vormen aan minstens 1 van de 2 electrodes! :oops:

#6

woelen

    woelen


  • >1k berichten
  • 3145 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 06 juli 2006 - 12:47

Hangt van de gebruikte electroden af. Je kunt water laten reageren, maar wel indirect. De reactie wordt via via gedaan, maar het netto resultaat (bij goede vermenging van het materiaal rondom de anode en kathode, wat met klei nog niet mee zal vallen :oops: ) is dan natuurlijk wel dat water wordt ontleed in waterstof en zuurstof gas.

Als de electroden niet goed gekozen zijn, dan zul je aan de anode wel de nodige metaalzout-rommel krijgen, maar met grafiet of platina electroden gebeurt dat niet.

#7

The Herminator

    The Herminator


  • >1k berichten
  • 2035 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 06 juli 2006 - 13:10

Duidelijk!

#8

hzeil

    hzeil


  • >1k berichten
  • 1379 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 06 juli 2006 - 14:04

Arendjan vraagt naar het electro-osmotisch water transport in de bodem. Daarmee kun je eventueel ook muren proberen te ontwateren. Dit is het omgekeerde van electroforese en hoort tot de elektrokinetische verschijnselen. De snelheid en de richting van het watertransport wordt bepaald door de grootte en het teken van de zeta-potentiaal.
In de bodem en in klei is deze zeta-potentiaal altijd negatief en loopt het water langzaam in de richting van de kathode. Als je gips ( Ca(2+) ionen) in de bodem brengt wordt de zeta-potentiaal positief en loopt het water de andere kant op.
Als er veel electroliet in de bodem zit werkt het niet meer. De formule van Helmholz-Smoluchowski geeft de snelheid aan. Zowel bij electroforese als bij electro-osmose. Op school kun je dit demonstreren met een ongeglazuurde poreuze bloempot met water. Binnenin een grafiet- anode en buitenom een strak gespannen kopergaas als kathode. Gebruik leidingwater zonder toevoegingen. Begin bijv. met 100 mA. Resultaat. De bloempot gaat "zweten" en je ziet aan de buitenkant waterdruppeltjes ontstaan. Voor de uitleg moet je iets over colloidchemie vertellen, over de dubbellaag en over de wandpotentiaal. Opletten dat het hier niet gaat om de lading maar om de wandpotentiaal van de colloidale deeltjes (bij electroforese) of in de capillairen van de bloempot.
Uitleggen is beter dan verwijzen naar een website

#9

woelen

    woelen


  • >1k berichten
  • 3145 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 06 juli 2006 - 16:06

Kun je iets meer over de fysica hierachter vertellen? Ik neem aan dat er toch ook electrolyse van water plaats vindt (dus vorming van zuurstof aan de grafiet anode en waterstof aan de koper kathode).

Ik probeer zelf maar een verklaring te geven, hzeil moet maar aangeven of dit overeenkomt met het verhaal.

Je krijgt door de electrolyse ophoping van OH- ionen aan de kathode:
4H2O + 4e --> 4OH- + 2H2

Aan de anode krijg je ophoping van H+ ionen:

2H2O - 4e --> 4H+ + O2

Netto krijg je dus ontleding van water.

Vanwege die ophoping van ionen zou ik verwachten dat er osmose gaat plaats vinden naar de electroden, omdat daar een relatieve hoge concentratie optreedt van ionen als gevolg van de electrolyse. Dus, dat die pot gaat 'zweten' kan ik me voorstellen.

De aanwezigheid van veel electroliet doet dit proces teniet, omdat daardoor de concentratie ionen rondom de electroden niet veel hoger is dan de concentratie verder van de electroden verwijderd. Het osmotische proces verloopt dus minder goed.

Dit zijn mijn twee centjes om het door hzeil beschreven proces te verklaren, maar dan met mij bekende theorie over electrolyse en osmose. Hzeil, heb ik het bij het rechte eind, of is er nog een diepere verklaring van dit effect?

#10

Marjanne

    Marjanne


  • >1k berichten
  • 4771 berichten
  • VIP

Geplaatst op 06 juli 2006 - 18:04

Er is tegenwoordig een techniek om grond van een zware metalenverontreiniging te saneren m.b.v. elektrolyse. In vivo zet men dan op diverse plaatsen (enkele meters uit elkaar) elektrodestaven in de grond waartussen met een aantal kV spanning zet. De zware metalen migreren naar de kathode-electroden waar ze door afgraving of bronnering worden weggehaald.
Ik heb zelf ervaring met een pilot-opstelling van dit verhaal: een elektrolysecel waarin grond, vermengd met water, wordt geŽlektrolyseerd. De cel heeft een anode en een kathoderuimte, onderling verbonden d.m.v. een geleidend membraan. De electrolyse vindt stroomgestuurd plaats (I constant, V variabel). Het potentiaalverschil is, door de weerstand van de grond, consequent hoger dan de 1,23 V die nodig is voor de electrolyse van water (in zuur milieu bij pH 0). Niet alleen vindt aan de elektroden de ontleding van water in waterstof en zuurstof plaats, maar ook migratie van zware metalen naar de kathoderuimte, waar deze worden ontladen en als metaalsmurrie op de kathode neerslaan (bijv. Cu, Pb, Cd en Fe). Metalen als arseen en zink vormen een arsenaat- en zinkaat-ion en migreren daardoor naar de anoderuimte.

Er zijn ook al onderzoeken bezig om organische verontreinigingen met deze techniek te saneren. Hier speelt echter meer de warmte een rol, die ontstaat door de weerstand van de grond.

Marjanne

#11

The Herminator

    The Herminator


  • >1k berichten
  • 2035 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 06 juli 2006 - 19:38

Ik gok dat er zich de welbekende "smurrie" gaat vormen aan minstens 1 van de 2 electrodes!  :oops:


Metaalsmurrie dus! 8-[

#12

bteunissen

    bteunissen


  • >1k berichten
  • 1122 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 06 juli 2006 - 21:40

Er is tegenwoordig een techniek om grond van een zware metalenverontreiniging te saneren m.b.v. elektrolyse.

Wat ik mij hierbij afvraag: levert dit geen (grote) problemen op doordat grond doorgaans simpelweg (te) droog is? Of is dat simpelweg te verhelpen door te 'sproeien'?
Ik kan mij zo voorstellen dat het voor ionen niet zo makkelijk is door harde droge grond te migreren ook al staat er een paar kilovolt?

Bas

#13

Marjanne

    Marjanne


  • >1k berichten
  • 4771 berichten
  • VIP

Geplaatst op 06 juli 2006 - 22:25

De grond wordt inderdaad bevochtigd. Hoe men dit in vivo doet, weet ik niet precies. In het lab wordt de grond bevochtigd met verdund salpeterzuur of zoutzuur. Het zuur dient om het proces te versnellen. In vivo duurt de sanering weken tot enkele maanden, in het lab moet het binnen vijf dagen worden gedaan. Dit experiment dient om de variabelen voor de sanering in vivo vast te stellen. Een van de te onderzoeken grootheden is de migratiesnelheid van metalen in de grond. Deze hangt af van het type grond (voor zand is de migratiesnelheid veel hoger dan voor vette klei. Maar migreren doet het.

Marjanne

#14

hzeil

    hzeil


  • >1k berichten
  • 1379 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 juli 2006 - 16:29

Bij electro-osmose moet je niet kijken naar de beide electrodereakties die Woelen opschrijft. Die zijn wel juist, maar niet van belang. Het gaat om de stroomgeleiding door het colloidale, disperse systeem in de bodem, of in een poreus materiaal, die een waterstroom tot gevolg heeft. Zonder een chemische of electrochemische reaktie.
De Nederlandse Wikipedia geeft er niets over. Ook niet over de basisbegrippen uit de kolloidchemie. Het is geen onderdeel van de elektrochemie. Kolloidchemie is meer fysisch georienteerd, zonder electrodereakties.
Degenen die een opleiding volgen in de bio-medische richting doen er wel wat praktikumproeven mee. Hopenlijk met wat theoretische achtergrond.
Centraal staat bij kolloidchemie ( ook wel grensvlakchemie genoemd) het begrip electrochemische dubbellaag ( double layer). Daar is de electroliet niet neutraal maar heeft een overschotlading van + of - ionen. De tegengestelde lading bevindt zich in de wand van de colloidale deeltjes of van de capillairen. En zo is het geheel toch weer electroneutraal.
Als je door dit systeem stroom stuurt beweegt de wand t.o.v. de vloeistof. Maar wat staat stil en wat beweegt? Dat hangt er van af !
1. In de bodem beweegt het water t.o.v. de vaste deeltjes. (electro-osmose)
2. Soms bewegen deeltjes in een stilstaande vloeistof.(electroforese)
Dit gaat alleen goed in electroliet-arm water, maximaal 0.01 molair.

In de bodem kunnen zware metalen met een nog lagere concentratie eventueel worden meegesleept. Maar dan wel als een secundairproces. Ze reageren niet direct op de potentiaalgradient in het milieu.
Electro-osmose is een nevenverschijnsel bij de kathodische bescherming van tanks en leidingen in de bodem. Het vocht trekt altijd in de richting van het te beschermen objekt, de kathode. En het milieu rondom de anode wordt ontwaterd. Tenzij je daar een backfill kiest met een positieve zeta-potentiaal. Maar dat is een verhaal apart.
Uitleggen is beter dan verwijzen naar een website

#15

The Herminator

    The Herminator


  • >1k berichten
  • 2035 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 juli 2006 - 19:19

In de bodem kunnen zware metalen met een nog lagere concentratie eventueel worden meegesleept. Maar dan wel als een secundairproces. Ze reageren niet direct op de potentiaalgradient in het milieu.

Dit vat ik niet... in alle beschrijvingen die ik vind over EO, staat duidelijk dat de ionen wel degelijk bewegen als gevolg van het aangelegde potentiaalverschil.... dus dan zout Marjanne's verhaal wel degelijk kloppen :oops:

"Applying an electric charge across the disc interacts with charged layers on the surface of the pores and causes ions to migrate. These drag water molecules along in the process, creating a flow." -> hier

"If an electric field is applied to an electrolyte the ions in the solution are forced to move according to the field vector. The ions that are encircled by a hydrate shell take along surrounding molecules which leads to a movement of the whole electrolyte." -> hier





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures