Diskuzní fórum Elektro Bastlírny

Lidské povídání od 56.té minuty o realitě vodíku . PS synátor studuje v závěrečném roce vodíkové palivové články .
https://www.youtube.com/watch?v=GuxbHRON23g
jestli někdo neví co je to od 56 měl by vrátit školné .

Jen drobné info k odkazům na YouTube s automatickým skokem v čase odkazovaného videa. YouTube už dávno podporuje doplňkový URL parametr t=X kde X je čas od počátku videa v sekundách. Takže pro skok na 56-tou minutu stačilo doplnit na konec toho vašeho odkazu parametr &t=3360 a YouTube spustí video od 56-té minuty automaticky.

https://www.youtube.com/watch?v=GuxbHRON23g&t=3360

Valdano: To je pro kořalečníka moc složité na přemýšlění.
Stačí video zastavit v požadovaném místě. Pak kliknout pravým tlačítkem myši doprostřed do volného místa pod posuvník a vybrat "Copy video URL at current time."

voda:
H---väzba(-4,77eV)---O---väzba(-4,77eV)---H
H---väzba(-4,77eV)---O---väzba(-4,77eV)---H
↓
elektrolýza(+19,08eV)
↓
H, H, H, H, O, O
↓
rekombinácia(-14,06eV)
↓
plynný vodík:
H--väzba(4,48eV)--H
H--väzba(4,48eV)--H
plynný kyslík:
O--väzba(5,1eV)--O


V tomto príklade, energia spotrebovaná na rozklad molekúl vody je 19,08eV. Uvoľnené atómy následne rekombinujú do molekúl plynov, pri čom sa uvoľní energia 14,06eV vo forme tepla. Rozdiel, 5,02eV je energia uložená do vodíkového paliva. (Porovnaj s výhrevnosťou.)
Teda účinnosť ukladania energie do vodíku je 26%.

Alebo mám niekde chybu?

Nejsem v tom sběhlej, položím laickou otázku. Nemůže ta energie -14,06eV, uvolněná rekombinací, přispět na rozklad jiné molekuly vody?

Ano , prý takto :

Elektrónvolt a Joule je to isté, ako centimeter a palec. Jedno v čom rátaš, výsledok bude rovnaký, len v iných jednotkách.

EDIT:
Schválne som písal eV, lebo z toho hneď vidíš, aké napätie potrebuješ. A že vodu nejde rozkladať ľubovoľne malým napätím, je dvôvod, prečo sa destilovaná voda považuje za izolant.

Jde o základ , počítáš blbosti . Ptal ses , zda počítáš blbě , ano blbě .

Ty máš hneď v prvom ridku odniekiaľ molekulu O₂, ale nijako nevysvetľuješ, jakým spôsobom sa čáry-máry z dvoch samostatných molekul vody odrazu stala molekula kyslíka.

Víš co ? Víš , skoč si do školy a neotravuj .
No.... moje reakce by byla následovná:

Ano, eV a J jsou obě jednotky energie, stejně jako centimetr a palec jsou jednotky délky. Ale rozdíl mezi jejich použitím není jen kosmetický – jde o fyzikální kontext.

· eV dává smysl, když se bavíme o energetice jednotlivých elektronů nebo vazeb v kvantové chemii.

· Joule (resp. kJ/mol nebo kWh/kg) se používá, když řešíš reálné výpočty dodané a získané energie v makroskopickém systému, což elektrolýza je.

Jinak řečeno:

Pokud počítáš účinnost elektrolyzéru v eV na vazbu, ale ignoruješ přepětí, proudový výtěžek, a že v reálném světě pracuješ s moly a watthodinami, tak to můžeš klidně

přepočítat i na palce a výsledek bude stejně špatný – jen v jiných jednotkách.

Jo, přiznávám, v rychlosti jsem napsal globální rovnici elektrolýzy bez vysvětlení elektrodových reakcí, takže to asi vypadalo jako že se kyslík „náhle zjeví“.

Tady to tedy je věcně:

· Anoda (oxidace vody):

2 H2O→O2+4 H++4 e−

· Katoda (redukce protonů):

4 H++4 e−→ 2 H2

· Celková bilance:

2 H2O → 2 H2 + O2

Žádné kouzla, žádné teleportace kyslíku – jen klasické redoxní děje. Čtyři elektrony a O₂ je na světě.

Takže díky za upozornění – obojí platné, jen každé z jiného důvodu. A občas je fajn si připomenout, že za každou „čistou rovnicí“ je i špetka elektrochemie.

kulikus píše:Nejsem v tom sběhlej, položím laickou otázku. Nemůže ta energie -14,06eV, uvolněná rekombinací, přispět na rozklad jiné molekuly vody?

V princípe áno, ale asi nie veľmi prakticky. Voda sa rozkladá na kyslík a vodík napríklad pri teplote cca 1000˚C pri výrobe vodného plynu. To je rozklad v dôsledku tepelného pohybu molekúl, jak do seba narážajú. Takže napríklad ak sa molekula napne elektrickým poľom tesne menším než je potrebné na roztrhnutie molekuly, tak ju štatisticky roztrhne tepelný pohyb. Tým sa na rozklad spotrebuje časť tepla a účinnosť z pohľadu aplikovanej elektriny je vyšia. V chémii takto nemajú problém s účinnosťou cez 100 percent. Na druhej strane fyzici toto nazývajú perpetuom mobile druhého druhu, ktré vraj ešte neexistuje. Z praktického hľadiska, rozklad v dôsledku tepelného pohybu molekúl funguje pri vysokýcch teplotách, kde sú veľké tepelné straty a to teplo treba tiež nejako vyrobiť. Pri izbovej teplote to funguje tiež, lenže štatisticky zanedbateľne.

samec píše:Schválne som písal eV, lebo z toho hneď vidíš, aké napätie potrebuješ. A že vodu nejde rozkladať ľubovoľne malým napätím, je dvôvod, prečo sa destilovaná voda považuje za izolant.

Asi to někde bude uvedené, ale využiju této možnosti k praktickému dotazu - jak se ze zmíněných údajů určí napětí potřebné pro elektrolýzu?

samec píše:

kulikus píše:Nejsem v tom sběhlej, položím laickou otázku. Nemůže ta energie -14,06eV, uvolněná rekombinací, přispět na rozklad jiné molekuly vody?

V princípe áno, ale asi nie veľmi prakticky. Voda sa rozkladá na kyslík a vodík napríklad pri teplote cca 1000˚C pri výrobe vodného plynu. To je rozklad v dôsledku tepelného pohybu molekúl, jak do seba narážajú. Takže napríklad ak sa molekula napne elektrickým poľom tesne menším než je potrebné na roztrhnutie molekuly, tak ju štatisticky roztrhne tepelný pohyb. Tým sa na rozklad spotrebuje časť tepla a účinnosť z pohľadu aplikovanej elektriny je vyšia. V chémii takto nemajú problém s účinnosťou cez 100 percent. Na druhej strane fyzici toto nazývajú perpetuom mobile druhého druhu, ktré vraj ešte neexistuje. Z praktického hľadiska, rozklad v dôsledku tepelného pohybu molekúl funguje pri vysokýcch teplotách, kde sú veľké tepelné straty a to teplo treba tiež nejako vyrobiť. Pri izbovej teplote to funguje tiež, lenže štatisticky zanedbateľne.

Dobrý den,

Rád bych se vyjádřil k tomuto vašemu komentáři a uvedl několik věcí na pravou míru, protože se tu trochu míchá fyzika, chemie a lidová tvořivost. Ano, voda se skutečně může rozkládat tepelně – mluvíme o tzv. termodynamické disociaci vody, kde reakce H₂O ⇌ H₂ + ½ O₂ probíhá za vysokých teplot. Ale rozhodně ne při 1000 °C, jak uvádíš. Významný rozklad nastává až nad 2000 °C, přičemž až kolem 2500 °C začne být rovnovážné množství vodíku a kyslíku trochu zajímavé. Při 1000 °C je disociace naprosto zanedbatelná – výtěžky jsou v jednotkách ppm.

Tvrzení, že se molekuly roztrhnou nárazem, protože se „hýbou“, je opravdu mimo. Chemické vazby nejsou kulečníkové koule a chemie nefunguje na principu demolice. Disociace probíhá na základě statistického rozložení energie – jen malá frakce molekul má v daném okamžiku dostatečnou energii na to, aby vazbu roztrhla. A to, že se molekula „napne elektrickým polem těsně pod limitem“ a pak ji dorazí tepelný pohyb, je kombinace elektrostatiky, kvantové magie a sci-fi. Nic takového neprobíhá ani v simulaci, natož ve skutečnosti.

Nejvíc mě ale zaujalo tvrzení, že „v chemii nemají problém s účinností přes 100 %“. To je naprosto zásadní nesmysl. Pokud bychom měli chemický proces s účinností vyšší než 100 %, máme funkční perpetuum mobile a mohli bychom se rozloučit se zákonem zachování energie. Bohužel nebo bohudík, taková věc se dosud nepozorovala.

A ano, při pokojové teplotě opravdu dochází k velmi slabé disociaci vody, ale jen na úrovni autoprotolýzy: H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻, s koncentrací iontů kolem 10⁻⁷ mol/l. Nejde o rozklad na H₂ a O₂, jak z textu vyplývá. Když z vody nevedeš proud, žádný vodík ani kyslík z ní samovolně nezískáš – a rozhodně ne pozorovatelně.

Zkrátka: tepelný rozklad vody ano, ale ne při 1000 °C, ne mechanickým nárazem, a už vůbec ne s účinností přes 100 %. Vážím si snahy o vysvětlení, ale prosím, držme se toho, co opravdu říká chemie a fyzika, ne toho, co zní hezky obrazně.

kulikus píše:

samec píše:Schválne som písal eV, lebo z toho hneď vidíš, aké napätie potrebuješ. A že vodu nejde rozkladať ľubovoľne malým napätím, je dvôvod, prečo sa destilovaná voda považuje za izolant.

Asi to někde bude uvedené, ale využiju této možnosti k praktickému dotazu - jak se ze zmíněných údajů určí napětí potřebné pro elektrolýzu?

Elektrolýza vody znamená, že rozkládáme vodu (H₂O) na vodík (H₂) a kyslík (O₂) pomocí elektrického napětí. Abychom zjistili, jaké minimální napětí je potřeba, musíme začít u termodynamiky.

1. Výpočet rovnovážného (termodynamického) napětí – tzv. „reverzní potenciál“
Základ je změna Gibbsovy energie (ΔG⁰) při reakci:

H_2 O (l)→ H_2(g) + 1/2 O_2(g)​

Kde:

ΔG^∘ je změna Gibbsovy energie (237,1 kJ/mol při 25 °C),

z=2 je počet přenesených elektronů,

F je Faradayova konstanta (96 485 C/mol),

𝐸_rev ^∘ je právě to hledané reverzní napětí (rovnovážný potenciál).

Dosadíme:
E_rev^∘=zFΔG^∘ = 2⋅96485⋅237100 ≈1,23V

Tohle 1,23 V je tedy minimální napětí, které by bylo potřeba za ideálních podmínek, kdyby vše probíhalo bez ztrát.

2. Proč nestačí v praxi 1,23 V a proč voda nevede proud?
Destilovaná voda je izolant, protože neobsahuje volné ionty. Elektrolýza potřebuje vodivé prostředí – proto se běžně přidává elektrolyt (např. KOH nebo H₂SO₄).

Navíc k 1,23 V musíme přičíst ztráty (tzv. přepětí, anglicky overpotentials), které vznikají např.:

na katodě (H⁺ + e⁻ → H₂) – malé přepětí,

na anodě (H₂O → O₂ + H⁺ + e⁻) – velké přepětí, hlavně kvůli kyslíku.

Tyto kinetické bariéry způsobí, že reálné napětí bývá 1,6–2,0 V nebo i více.

3. Shrnutí
Napětí 1,23 V vychází z čisté termodynamiky – je to jako kdyby šla reakce „sama“ a bez odporu.

Ve skutečnosti ale musíme překonat elektrochemické ztráty – proto elektrolyzéry reálně potřebují např. 1,8 V.

Čistá voda bez elektrolytu proud nevede, takže žádná reakce neproběhne – proto se do vody přidává sůl nebo kyselina.

Napětí v elektrolytickém článku představuje rozdíl potenciálů mezi dvěma elektrodami a určuje, zda bude redoxní reakce vůbec probíhat. Je to elektrická síla, která „tlačí“ elektrony obvodem a umožňuje jejich vstup do chemických reakcí.

Elektrony zde totiž nejsou jen nositeli proudu, ale fungují jako reaktanty – vstupují přímo do elektrochemické reakce, např. při redukci protonů na vodík. Bez vnějšího napětí by k jejich přenosu nedošlo.

Proud, který napětím vzniká, pak určuje množství přeměněné látky – čím větší proud, tím více vodíku nebo kyslíku se vytvoří za daný čas. Množství lze spočítat pomocí Faradayova zákona, kde figuruje proud, čas a počet elektronů.

Čistá destilovaná voda však neobsahuje téměř žádné volné ionty, a proto sama o sobě proud nevede. K zajištění vodivosti se proto vždy přidává elektrolyt – např. KOH nebo kyselina sírová – který dodá ionty schopné přenosu náboje v roztoku.

kulikus píše:

samec píše:Schválne som písal eV, lebo z toho hneď vidíš, aké napätie potrebuješ. A že vodu nejde rozkladať ľubovoľne malým napätím, je dvôvod, prečo sa destilovaná voda považuje za izolant.

Asi to někde bude uvedené, ale využiju této možnosti k praktickému dotazu - jak se ze zmíněných údajů určí napětí potřebné pro elektrolýzu?

základné vorce...
P=U·I [W; V, A]
I=Q/t [A; C, s]
W=P·t [J; W, s]
...
W=U·Q [J; V, C]

Tak, ako si niekto vymyslel, že 3,14... násobok sa bude nazývať π, tak si niekto iný vymyslel, že množstvo niečoho v počte 6·10²³ kusov budeme nazývať mol. Teda ak BOBOBO tvrdí, že na jeden mol častíc treba nejakú energiu, tak ja tvrdím že na jednu časticu treba delené mol menej.
Elektrický prúd, to sú elektróny pohybujúce sa vodičom za jednotku času. A znova množstvo elektrónov, ktoré pri prúde 1A pretečie za čas 1s niekto nazval 1 Coulomb. To je 6,2415•10¹⁸ elektrónov v jednom Coulombe. (Len na okraj, všimni si, že Coulomb má iný počet elektrónov, než mol častíc.) Známejšia je však prevrátená hodnota, to jest elektrický náboj jedného elektrónu e=-1,602·10⁻¹⁹ Coulomba.
A keď vieš, že na jednu časticu ti treba jeden elektrón a už vieš, koľko prúdu je ten jeden elektrón, tak nie je nič jednoduchšie, ako energiu v elektrónvoltoch predeliť tým jedným elektrónom a čo ti zostane, sú už len volty.