Při elektrolýze vody klesá redox - proč?

Od: Datum: 06.10.14 13:29 odpovědí: 5 změna: 09.10.14 22:37

Dobrý den,

měřil jsem nedávno redox (ORP) v nádrži s běžnou pitnou vodou, ve které probíhala elektrolýza. Jako "elektrolyzátor" byly použity dvě malé titanové mřížky potažené platinou, které byly těsně u sebe. Do mřížek šel střídavý proud z nějakého ovladače. Jedná se o komerční přístroj (přesné parametry neznám). Co mě ale zarazilo, je to, že před začátkem testu byl redox vody v nádrži +370 mV, a po zapnutí přístroje klesl zhruba na -30 mV. Vím, že při elektrolýze vzniká kyslík a vodík v poměru 1:2. Kyslík by měl ve vodě fungovat jako poměrně silné oxidační činidlo, takže jsem si myslel, že by měl redox při elektrolýze spíše stoupat. Jenže redox zdá se při elektrolýze spíše klesá (a to poměrně výrazně). Nevíte někdo, proč tomu tak je? Co za redukční činitele tam při té elektrolýze vzniká?

Předem moc díky za odpovědi.



Seznam odpovědí:
 
moment čekejte prosím, probíhá přenos dat...
Zobrazení struktury odpovědí v otázce
Skrytí struktury odpovědí v otázce
Zobrazení struktury odpovědí v otázce

 

Odpovědi na otázku:
Datum: 07.10.14 18:45
avatar

Elektrolýza je složena ze dvou chemických dějů – oxidace a redukce.

Oxidace je děj, při kterém se zvyšuje oxidační číslo částic obsažených v elektrolytu, to znamená, že částice odevzdává své přebytečné elektrony elektrodě. Elektrony mají záporný náboj, proto tento děj probíhá na anodě (kladná elektroda). Záporně nabité částice (anionty) tedy putují k anodě, kde se oxidují.

Redukce je děj opačný k oxidaci. Dochází tedy ke snižování oxidačního čísla částic v elektrolytu, to znamená, že částice přijímají elektrony. Redukce probíhá na katodě, která "má přebytek elektronů" - je záporně nabita (od zdroje k ní putují elektrony – teče k ní elektrický proud). Kladně nabité částice (kationty) putují ke katodě, kde se redukují.

U střídavého proudu je tento děj trochu ovlivněn tím,že se anoda a katoda vyměňují,v každém případě je to také redox chemický děj.

JABRAKA

Ohodnoceno: 0x
 
Od: marcel*
Datum: 07.10.14 20:20

Píšete, že při elektrolýze dochází jak k oxidaci, tak k redukci.

Při oxidaci odevzdávají částice přebytečné elektrony kladné elektrodě (anodě) => redox se zvyšuje.
Při redukci přijímají částice přebytečné elektrony ze záporné elektrody (katody) => redox se snižuje.

Jestli tomu správně rozumím, tak bublinky vodíku (H+) vznikají na katodě, zatímco bublinky kyslíku na anodě (O-). Znamená to tedy, že důvod poklesu redoxu při elektrolýze je ten, že vodíku (redukčního činidla) vzniká 2x tolik, než kyslíku (oxidačního činidla)?

A mohu se ještě zeptat, jaký může mít tento stav (tj. zvýšené množství kyslíku a vodíku) následky na živé organismy (např. ryby, rostliny nebo mikroorganismy)? Dokážu si představit, že vyšší množství kyslíku (v nějaké rozumné míře) může mít na živočichy a aerobní mikroorganismy kladný účinek. Není mi ale jasné, jaký vliv na organismy může mít vodík (obzvláště, když ho bude 2x více než kyslíku)? Může být voda, ve které se elektrolýzou uměle zvyšuje množství vodíku (a tím výrazně snižuje redox) pro organismy nějak škodlivá?

Předem moc děkuji za odpověď.

Datum: 07.10.14 20:33
avatar

Vodík a kyslík se na elektrodách nejprve zbaví elektronů(nebo se doplní vazební vrstva,)a pak se při dotyku vytvoří vysoce aktivní plyny "ve stavu zrodu",tedy H. a O:.Pak se teprve utvoří molekuly O2 a H2.

JABRAKA

Ohodnoceno: 0x
 
Od: marcel*
Datum: 07.10.14 21:49

Nezlobte se, ale já jsem v tomhle ohledu laik, a tomu, co píšete, asi moc dobře nerozumím. Byl byste prosím tak hodný a zkusil mi napsat polopaticky, co přesně se děje s molekulou H2O při elektrolýze, a co se stane s kyslíkem a co s vodíkem?

Znamená to, že při elektrolýze se rozbije vazba mezi vodíkem a kyslíkem, přičemž vodík se přitáhne ke katodě a kyslík k anodě? A to se svých elektronů zbaví jak kyslík, tak vodík? Myslel jsem si původně z toho, co jste předtím napsal, že své přebytečné elektrony odevzdá pouze kyslík => na anodě. Protože vodík vzniká na katodě, a ta mu naopak elektrony přidá. Přiznám se, že už se v tom zase přestávám orientovat.

PS: Pořád mi to ale nedává odpověď na to, proč ORP (oxidačně-redukční potenciál) při elektrolýze prudce klesá.

Předem díky za trpělivost s vysvětlováním. Moc si toho vážím!

doplněno 08.10.14 08:56:

AKTUALIZACE:

Snažil jsem se nastudovat si nějaké informace o elektrolýze vody, a myslím, že už tomu snad začínám rozumět. Pokud to tedy chápu správně, tak při elektrolýze běžné pitné vody, funguje jako elektrolyt roztok všech solí rozpuštěných v pitné vodě.

Při elektrolýze (s použitím platinových elektrod) se tedy voda disociuje na H3O+ a OH-. Jestli tomu dobře rozumím, tak se zároveň ve vodě disociují i soli, a kladné ionty (Na+, Ca++, Mg++, K+ apod.) jsou pak přitahovány k záporné elektrodě (katodě), zatímco záporné ionty (Cl-, NO3-, SO4--, CO2-- apod.) jsou přitahovány ke kladné elektrodě (anodě).

Kladné ionty (kationty) přijímají od záporné elektrody (katody) elektrony, a stávají se z nich elektricky neutrální atomy či molekuly (Na, Ca, Mg, K apod.). Záporné ionty (anionty) naopak své elektrony odevzdávají kladné elektrodě (anodě), a i z nich se tím stávají elektricky neutrální atomy či molekuly (Cl2, NO3, SO4, CO2 apod.).

Podobně to pak funguje i s ionty H3O+ a OH-. Kationty H3O+ putují ke katodě, od které přijímají elektrony za vzniku plynného H2 a molekul vody (H2O). Anionty OH- putují k anodě, které odevzdávají své elektrony za vzniku plynného O2 a molekul vody (H2O).

Pořád ale úplně nechápu, proč přesně klesá redox? Četl jsem, že anoda může přijmout jen tolik elektronů, kolik se odčerpá z katody. Při elektrolýze ale vzniká 2x více H2 než O2:

8H2O => 4H3O+ + 4OH-

a) 4H3O+ + 2e- => 2H2 + 2H2O

b) 4OH- => 2e- + O2 + 2H2O

Z těch rovnic tedy vyplývá, že zatímco z 8 molekul vody vzniknou 4 anionty OH-, ty odevzdají na anodě jen 2 elektrony. Ale 4 kationty H3O+ přijmou z katody celkem 4 elektrony. Takže ty chybějící 2 elektrony tam musí být nějak dodány. Jak? Z čeho? Z aniontů Cl-, NO3-, SO4-- apod.? A pokud je počet elektronů v roztoku pořád stejný, proč vlastně redox klesá? Tomuhle pořád ještě nerozumím.

A ještě by mě zajímalo, co se stane s těmi anionty (Cl-, NO3-, SO4-- apod.) a kationty (Na+, Ca++, Mg++ apod.) poté, co odevzdají nebo přijmou elektrony. Vím, že se z nich stanou elektricky neutrální částice, ale znamená to, že zůstanou ve vodě v tom neutrálním stavu? A nevíte, jestli jsou takto neutrální částice pro rostliny přístupnější (jakožto živiny)?

Datum: 09.10.14 22:37

Tu disociaci jsi pochopil dobře. Dál ale je to složitější. Především různé ionty se vylučují při různém napětí. Z kationtů má tohle napětí nejmenší vodík. Je tady ovšem komplikace v tom, že vylučovací napětí závisí i na povrchu (materiálu ) elektrody. Další problém je v tom, že se různé ionty v roztocích pohybují různou rychlostí. Daleko největší pohyblivost mají ionty vodíku, ostatní kationty se pohybují rychlostí velmi zhruba 4x pomaleji. Mezi anionty je podobnéá situace, nejpohyblivější jsou ionty OH-. Pokud tedy elektrolyzuješ střídavým napětím o omezené proudové hustotě, bude se vylučovat vodík na katodě. Na anodě se buď bude vylučovat kyslík nebo vznikat peroxid vodíku.
Když budu spekulovat, uvažoval bych o redučních pochodech, vyvolaných vodíkem na povrchu paltiny. Ta pro řadu reakcí vodíku funguje jako katalyzátor, na rozdíl od kyslíku.
A konečně - v aniontu OH- je jeden nadbytečný elektron. Jeho odebráním vznikne nestálý radikál OH, který je velmi reaktivní. Dva takové radikály mohou spolu reagovat dvěma způsoby:
OH + OH = H2O2 - vzniká peroxid vodíku.
OH + OH = O + H2O a vyloučí se kyslík V obou případech 4 anionty OH- odevzdají čtyři elektrony. Radikál OH může ale readovat i s jinými anionty nebo radikály, které z nich vzniknou odebráním elektronu.

A konečně - vedle anorganických látek existují ve vodě i stopy organických látek, které se mohou podílet na reacích v okolí elektrod. Vysvětlení jevu, který jsi pozoroval, tedy není jednoduché a závisí na řadě faktorů. Přiznám se, že nejsem v této oblasti odborník, vycházím jen z obecných znalostí fyzikální chemie.

doplněno 09.10.14 22:40:

Bylo by zajímavé aspoň přibližně měřit objemy obou plynů, než se ustaví redoxní rovnováha.

Ohodnoceno: 2x
 

 

 

Přihlásit se k odběru odpovědí z této otázky:

Neneseme odpovědnost za správnost informací a za škodu vzniklou jejich využitím. Jednotlivé odpovědi vyjadřují názory jejich autorů a nemusí se shodovat s názorem provozovatele poradny Poradte.cz

 
Copyright © 2004-2016 Poradna Poradte.cz. Všechna práva na poradně Poradte.cz vyhrazena.