Elektrolyse

Choba

Paar vraagjes over elektrolyse, dit schema maar dan met twee verschillende stellingen:

Afbeelding

Stelling 1, Stel dat de twee batterijen niet kortsluiten, dus je hebt tegelijk een elektrolyse van 6 volt en 12 volt andersom. Wat gebeurt er?

De gedachte die ik had was dat als je op de elektrodes zowel O als H krijgt en H in overvloed is, doordat het 6 tegen 12 volt is, je misschien H₂O₂ kan krijgen. Zou dit kunnen of krijg je gewoon water en waterstof?

Stelling 2, de 6 en 12 volt wisselen elkaar heel vaak af (50Hz bijv.), maar vinden niet tegelijk plaats. Zou je dan H₂O₂ kunnen krijgen?

P.s. Het gaat me niet om H₂O₂ maken, maar of zoiets zou kunnen, bijvoorbeeld ook met koper/ijzer elektroden en wat er dan gebeurd.

woelen

Dit gaat NIET werken. Het enige is dat je heel snel je batterijen vernielt en verder denk ik niet dat je hier veel mee bereikt. Je krijgt hoe dan ook kortsluiting met deze opstelling. Als je weerstanden tussen de batterijen zet krijg je geen kortsluiting meer, maar je krijgt dan een bepaalde spanning over je electroden, afhankelijk van de gekozen weerstanden en batterijspanningen. Een afwisselende spanning krijg je hiermee nooit.

Als je echt een wisselende spanning wilt, dan zul je een adapter moeten gebruiken, waar je de gelijkrichtcel uit hebt gesloopt, zodat er een sinusvormige wisselspanning overblijft. Als je zo'n spanningsbron aansluit, dan zou je inderdaad afwisselend waterstof en zuurstof kunnen krijgen aan beide electroden. Bij 50 Hz denk ik dat dat inderdaad nog wel het geval zal zijn. Bij hogere frequenties minder, omdat de waterstof dan weer terug kan worden geoxideerd tot waterstof ionen als de spanning is omgedraaid.

Ik zie niet zo gauw gebeuren dat je waterstofperoxide krijgt met een wisselspanning. Als je dat wilt, dan moet je zwavelzuur electrolyseren met een heel grote stroomdichtheid en bij lage temperatuur.

Choba

Hypothetisch zouden er dus nooit tegelijk twee reacties op een elektrode tijdens elektrolyse kunnen plaats vinden, bijvoorbeeld tegelijk waterstof en zuurstof?

Een ander idee/stelling. Wat als je de twee elektrodes (plus en min) heel erg dicht bij elkaar doet, zodat de "agressieve" H⁺ en O⁺ niet allemaal een stabiel gas kunnen vormen en er naast waterstof- en zuurstofgas ook water en misschien waterstofperoxide vormen?

jhullaert

O⁺? Als het al dan niet al zou kunnen gevormd worden in situ gaat het nooit iets doen met twee protonen. Plus ladingen stoten elkaar af. Ik zou veel eerder geloven dat er zuurstofradicalen zouden kunnen gevormd worden O^. die zouden dan direct neutraliseren met een watermolecule of een proton tot hydroxideionen en verder tot water.

woelen

Z4x schreef: Hypothetisch zouden er dus nooit tegelijk twee reacties op een elektrode tijdens elektrolyse kunnen plaats vinden, bijvoorbeeld tegelijk waterstof en zuurstof?

Een ander idee/stelling. Wat als je de twee elektrodes (plus en min) heel erg dicht bij elkaar doet, zodat de "agressieve" H⁺ en O⁺ niet allemaal een stabiel gas kunnen vormen en er naast waterstof- en zuurstofgas ook water en misschien waterstofperoxide vormen?

Inderdaad, er treden nooit tegelijkertijd zowel anode- als kathode reacties op op 1 electrode. Er kunnen wel tegelijkertijd meerdere reacties op 1 electrode plaats vinden, maar dat zijn dan altijd of allemaal anode-reacties of allemaal kathode-reacties.

Een voorbeeld van meer dan 1 reactie op een electrode is electrolyse van een zout-oplossing met een vrij hoge spanning en een grafiet anode. Er vindt dan vorming van chloor plaats op de anode en tegelijkertijd heb je een neven-reactie waarin zuurstof wordt gevormd.

Wat er gebeurt als je de electroden heel dicht bij elkaar houdt is best wel een interessante proef. Ik verwacht dat er gewoon waterstof en zuurstof ontstaan (geen O⁺ zoals chemaniac al meldde) maar wellicht treedt er bij zeer kleine afstand wel wat interessants op. Je zou het eens kunnen proberen met een koper anode en een grafiet kathode in zout-oplossing, zeer dicht bij elkaar (minder dan 0,5 mm, maar ze mogen elkaar niet raken). Je zou dan ook eens kunnen kijken als je de anode en kathode omwisselt. Gebruik voor dit experiment wel een voorschakelweerstand van pakweg 10 Ohm en voldoende wattage, want kortsluiting heb je natuurlijk zo gemaakt en dat kan je voeding beschadigen.

hzeil

@ Z4x en Woelen,

Aan een bipolaire electrode kun je wel gelijktijdig waterstof en zuurstof vormen, in elke gewenste verhouding. Bijvoorbeeld aan een omgekeerde U-vormige metaalbrug die bijvoorbeeld twee bekerglazen met electroliet met elkaar verbindt. Daar had Z4x al eerder een vraag over. Je hebt daar dan wel twee electrische circuits voor nodig.

Je kunt ook een bipolaire electrode maken van een metaalfolie. Het folie verbindt dan, via een pakking, twee electrolyse vaten via gaten in de zijkant.

Je hebt ook dan twee electrische circuits nodig.

De beide zijden van het folie kunnen dan onafhankelijk van elkaar gepolariseerd worden. Mits je je electrische contacten goed plaatst. Anders krijg je wat weerstandskoppeling erbij.

Bij een gewone AC electrolyse in bijv. 4 M NaOH aan twee inerte electroden krijg je beide gassen in de knalgasverhouding aan elk van de electroden.Dit bij 50 Hz. Een verwaarloosbaar deel van de stroom kiest hierbij de capacitieve weg en doet dan niet mee aan de chemische reakties. Maar, als je de frequentie flink verhoogt, zoals bij de konduktometrie tot bijv. 1500 Hz, dan is het omgekeerde het geval. Praktisch de hele stroom kiest dan de paralelle capacitieve weg.

Een AC polarisatie bij 50 Hz zorgt dus voor een gelijktijdige vorming van beide gassen. M.i. zonder dat er produkten worden terugggevangen, kort na de vorming.

Het enige duidelijke voorbeeld van terugvang dat ik ken is de AC electrolyse van zwavelzuur met twee Cu- electroden. Dan komen er geen koperionen in de electroliet terwijl je ziet dat het metaal wel aangetast is geweest.

woelen

Aan een bipolaire electrode kun je wel gelijktijdig waterstof en zuurstof vormen, in elke gewenste verhouding. Bijvoorbeeld aan een omgekeerde U-vormige metaalbrug die bijvoorbeeld twee bekerglazen met electroliet met elkaar verbindt. Daar had Z4x al eerder een vraag over. Je hebt daar dan wel twee electrische circuits voor nodig.

Dit is natuurlijk wel een beetje een flauw voorbeeld

. Waar ik op doel is dat op het zelfde oppervlak tegelijkertijd waterstof en zuurstof ontstaan. Wat jij doet is het ene deel van het zelfde stuk metaal in de ene beker als anode dienst laten doen en in de andere beker een ander deel van het metaal als kathode. Omdat de circuits gescheiden zijn kun je het stuk van de strip dat in de beker voor het andere circuit steekt als een niet-aktief aanhangsel zien gezien vanuit het ene circuit (het zou ook in de lucht kunnen hangen). Dit is niet echt verrassend. Je kunt dan zelfs nog verder gaan. Met 1 electrisch circuit en twee bekers verbonden middels een metaalbrug kun je op de ene kant zuurstof krijgen in de ene beker en waterstof aan de andere kant in de andere beker (met zo'n serieschakeling is de verhouding wel altijd weer 2 : 1, terwijl met gescheiden electrische circuits iedere verhouding inderdaad mogelijk is).

Het verhaal van de wisselspanning vind ik ook niet echt gelijktijdig vormen van zuurstof en waterstof aan het zelfde oppervlak. Tijdens de positieve helft van de sinus krijg je zuurstof en tijdens de negatieve helft van de sinus krijg je waterstof, maar dat is natuurlijk niet echt tegelijkertijd. In mijn post van gistermiddag had ik deze optie ook al genoemd.

Dus, gegeven een bepaald stuk metaal, je kunt dus op het zelfde oppervlakdeel tegelijkertijd geen zuurstof en waterstof vormen. Wel kun je hetzij op verschillende delen van de electrode, hetzij alternerend in de tijd op het zelfde oppervlakdeel zuurstof en waterstof vormen.

hzeil

@ Woelen,

Ja, absolute gelijktijdigheid bij de vorming van waterstof en zuurstof zou bovendien in strijd zijn met de strenge wetten van de thermodynamica.

De zaak wordt echter gecompliceerd als we het reaktiemechanisme erbij betrekken. Bij een gewone electrolyse in NaOH zijn de gasbellen aan de anode veel groter dan de gasbellen aan de kathode. En hoe is het bij AC-electrolyse in dezelfde electroliet en aan dezelfde (Pt) electroden?

De zeer fijne gasbellen aan de kathode zouden gevormd kunnen worden uit een gesolvateerd electron dat vanuit de kathode eerst in de oplossing wordt geschoten om daarna pas met het water te reageren. In zuur mileu zouden ze direkt met de protonen reageren. Een deel van de zuurstofradikalen is bij AC electrolyse in de buurt en kan als scavenger misschien een deel van de gesolvateerde electronen nog wegvangen.

( zie onder solvated electron, in water en in vloeibare ammoniak)

Zo wordt het begrip gelijktijdigheid nog moeilijk. Praten we over stof vorming of over gasbelvorming? Dit zijn kinetische problemen waar de thermodynamica ons geen antwoord op kan geven.

Choba

Bedankt voor de antwoorden. Kathode en Anode reactie kunnen dus niet tegelijk plaatsvinden op hetzelfde oppervlakte.

@hzeil, klopt het dat we dus niet zeker weten wat er gebeurt bij een hele snelle/hoge AC bij een elektrolyse van NaOH (met koolstof elektroden)?

Wat betekend trouwens:

"Praktisch de hele stroom kiest dan de paralelle capacitieve weg."

Misschien is 1 tot 4 Mhz AC wel mogelijk met een H-brug en microcontroller. Zou dat genoeg zijn voor 'dit effect'?

Wat er gebeurt als je de electroden heel dicht bij elkaar houdt is best wel een interessante proef. Ik verwacht dat er gewoon waterstof en zuurstof ontstaan (geen O⁺ zoals chemaniac al meldde) maar wellicht treedt er bij zeer kleine afstand wel wat interessants op. Je zou het eens kunnen proberen met een koper anode en een grafiet kathode in zout-oplossing, zeer dicht bij elkaar (minder dan 0,5 mm, maar ze mogen elkaar niet raken). Je zou dan ook eens kunnen kijken als je de anode en kathode omwisselt. Gebruik voor dit experiment wel een voorschakelweerstand van pakweg 10 Ohm en voldoende wattage, want kortsluiting heb je natuurlijk zo gemaakt en dat kan je voeding beschadigen.

Ik heb wel eens elektrolyse gedaan met metalen elektroden die dicht bij elkaar zitten en dan krijg je dat er een soort van tak naar de andere kant 'kruipt', maar misschien is dit anders met koper en koolstof.

hzeil

Z4x,

Het is moeilijk je vraag eenvoudig en kort te beantwoorden. Op internet vind je erover via de zoekwoorden "Randles" en "Randelscircuit"

Je moet het grensvlak tussen electrode en electroliet zien als een lekkende condensator. Oftewel als een condensator en een weerstand parallel geschakeld. De weerstand staat model voor de polarisatieweerstand bij een electrochemische reaktie. De beide platen voor de condensator worden gevormd door de electrode zelf en anderzijds een dunne electrolietlaag waarin zich een een ladingsoverschot bevindt.

De condensatorstroom verloopt via ladingsverschuivingen zonder chemische reaktie.

Denk aan een gewone, vaste condensator. Die kan een AC laten passeren zonder dat er een electron helemaal doorheen gaat.

Teken eens een weerstand en een condensator parallel geschakeld en beredeneer eens wat er gebeurt bij doorgang van gelijkstroom, een laagfrequente wisselstroom en een hoogfrequente wisselstroom. Dit is de basis van het verschil tussen electrolyse en een conductometrische meting.

Voorts: je kunt toch gewoon vonken trekken tussen twee electroden door ze even tegen elkaar aan te houden. Met wisselstroom uit een transformator kan het ook. Het zijn doorslagen binnen een gasbel.

Choba

Een condensator in een wisselstroom circuit zorgt voor faseverschuiving. Spanning en ampère verschuiven. Iets wat me niet helemaal duidelijk is.

Deze faseverschuiving zorgt er sowieso voor dat je meer verbruikt dan nodig is voor de elektrolyse (wat ik zo begrijp uit faseverschuiving).

Waarschijnlijk zal de elektrolyse minder snel/goed lopen met een wisselstroom van hoogfrequentie t.o.v. laagfrequentie .

Met hoogfrequentie wisselstroom zal je dan ook de conductometrische eigenschappen van de stof kunnen meten zonder dat er echt elektrolyse plaats vindt.

Klopt dit?

hzeil

Z4x,

Je laatste zin is juist. Bij het meten van het geleidingsvermogen mag er geen electrolyse optreden. Vandaar het gebruik van AC i.p.v. DC.

Bij de drie voorafgaande zinnen zit je af en toe wel dicht bij de waarheid maar echt duidelijk wordt het zo niet voor de lezer. Je ontkomt er niet aan af en toe een leerboek ter hand te nemen. Je ziet dan dat faseverschillen tussen (AC) stroom en (AC) spanning worden beschreven met vectoren.

Tenslotte: Het meer verbruik in je tweede zin betreft betreft de extra ohmse verliezen bij een gelijkstroom met een "rimpel" erop. Dus DC + AC.

Je productie is daarbij evenredig met de stroom I maar je electrische ohmse verliezen als joulewarmte zijn evenredig met I². Dit maakt dat je joulewarmteverliezen bij dezelfde produktie groter worden door een rimpel op de electrolysestroom.

LowCenergy

Electrolyse met laagspanning heeft 3 grote nadelen:

- hoge stroom

- veel warmte ontwikkeling (lees; verlies)

- dure electroden.

Er zijn al enkele patenten m.b.t. het kraken van water. Het schema lijkt erg

op dat van Tesla's "Tesla Coil". Deze schakeling bouwt een erg hoge spanning

op (10 a 15 Kv half gelijkgericht) waarbij een ontlading plaats vind als het

dielectricum doorslaat. Bij de Tesla Coil is het dielectricum lucht. Bij de proeven

waar ik het over heb, is water het dielectricum.

Voordeel voor zover alles wat ik er over heb kunnen vinden op diverse fora

is dat de stroom zeer laag is (mA's), de Spanning zeer hoog (10-15KV) en de frequentie

is de grote vraag. Testen zouden rond de 20Khz hebben gelegen, maar zoals het wel

vaker met dit soort doorbraken gaat, is de uitvinder met de details het graf in gegaan,

'auto ongeluk'.

Basisprincipe is dat je het atoom H2O 'kraakt'. De spanning is dermate hoog dat de

waterstofatomen als het ware van het zuurstofatoom 'getrokken worden.

voor de mensen die er dieper in willen duiken:

http://www.powerlabs.org/waterarc.htm

-----

Voor degene die het toch op laagspanning wil proberen:

Ik heb het een jaar of 10 geleden al eens met 24DC Volt geprobeerd (vrachtwagenaccu)

en dan voor de electrodes aluminiumfolie opgerold om en om met papier gebruikt.

Aluminiumfolie lost na een uurtje op, maar ik had toen even geen budget voor

inox oplossingen. Als je steeds 1 vel ALu aan de +, dan 1 vel papier, dan 1 vel Alu aan de min dan 1 vel papier etc legt, waarbij de + vellen steeds aan de bovenkant

uitsteken en de min vellen aan de onderkant. Dan strak oprollen, even een paar

minuten in laten weken (papier neem het water op).

Op die manier creer je flink wat oppervlakte en daar gaat het eigenlijk om.

Stroom erop en als je er een aansteker bovenhoud, hoor je stabiel stroom 'plofjes'.

hzeil

LowCenergy,

Jij wilt dus de waterelectrolyse vervangen door het electrisch kraken van watermoleculen met behulp van teslastromen. Waarschijnlijk omdat je denkt dat dat energetisch gunstiger kan zijn en daardoor goedkoper.

Bij waterelectrolyse gaat helaas minstens een derde deel van de verbruikte electrische energie als warmte verloren door het tekort schieten van de katalyse. Op dat punt heb je wel gelijk.

Maar als het lukt om watermoleculen in de gasfase te kraken hoe denk je dan daarna waterstof en zuurstof van elkaar te scheiden? Want op een knalgasmengsel zit niemand te wachten.

Bij eventuele teslastromen onder water wordt het energetisch nog ongunstiger. Van de (bijv.) 20000 Volt kan er dan maar 1.23 Volt nuttig gebruikt worden. Dat wordt dan een energierendement in de buurt van nul.

woelen

Dit is de zoveelste "doorbraak" waar ik al niet meer van op kijk. Dit doet mij sterk denken aan hoaxes. Altijd is er een groot iets aan de hand, altijd blijkt het helaas onmogelijk om de preciese details boven water te krijgen en altijd is de bestaande technologie minder waard en inefficient. Zoals hzeil al aangaf, electrolyse is gebaseerd op redox-reacties en dat soort reacties werken nu eenmaal op volt-niveau en niet op kV niveau. Kilovolts gebruiken kan, maar dan met vele cellen in serie (wordt bijv. gedaan bij aluminiumproductie d.m.v. electrolyse, waar een paar kilovolt wordt gezet over vele cellen in serie).

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Elektrolyse

Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse

Re: Elektrolyse