Aktuality | 26.01.09
Speciální clustery hliníkových atomů dokáží podle vědců z Penn State University a Virginia Commonwealth University uvolňovat z vody vodík. To samozřejmě vzhledem k umístění hliníku v řadě kovů dle jejich ušlechtilosti působí spíše jako vtip.
Podle vědců ovšem v tomto případě za rozklad vody nejsou odpovědné ani tak elektrochemické vlastnosti hliníku, ale spíše speciální geometrické uspořádání na katalyzátoru.
Rozklad má probíhat v průtočném reaktoru, kde v hliníkovém clusteru funguje jedno centrum jako Lewisova kyseliny a druhé jako Lewisova zásada. Vědci zkoumali různé typy clusterů, tři z nich dokázaly rozkládat vodu už při pokojové teplotě. Nevyžadovaly dodání elektrické energie. Reakce ale neprobíhala kontinuálně, protože v clusteru zůstaly na atomech hliníku vázány skupiny OH, cluster se tedy „ucpal“. Pro průmyslové využití by bylo třeba ho nějak „recyklovat“.
Zdroj: ScienceDaily
Poznámka: Těžko si představit, že by samotný katalyzátor dokázal bez dodávání energie obrátit směr reakce H2 + O2. Každopádně se ale ukazuje, že kontrola geometrických vlastností podobných „clusterů“ opravdu v nanoměřítku může otevřít cestu katalyzátorům zcela nového typu.
Nahrává se..
Maskování chobotnice se svou rychlostí vyrovná...
Sdílet
Komentáře
27.01.09, 19:05 vlado
Som zvedavý a ochotný
skúsiť ten experiment aj ja. Uvediete použiteľný návod ?
26.01.09, 16:02 frantisek
Re: "hliníková kladiva"
Hoci v pozadí otázky zaznieva skepsa, aspoň že sa pýtate. Vážim si každého, kto vynaloží aspoň takú "námahu", lebo o texte určite premýšľal a nie ho len bezducho prebehol.
Aby nedošlo k nedorozumeniu, tie "hliníkové kladivá" sú obrazný pojem, určený predovšetkým laikom. S odborníkmi sa určite lepšie diskutuje na inej úrovni. Aj to vytriasanie a vĺkanie elektrónov je len alegória (nakoľko účelná, nech každý posúdi sám).
V predošlom komentári som nezmienil podstatnú vec. - K spontánnemu termolytickému rozkladu vody (t.j. v dôsledku pôsobenia tepla) nedochádza kdekoľvek v objeme kvapaliny (termolytu/elektrolytu), ale na povrchu dvojice rôzne kovových predmetov, napr. hliník-meď (ešte lepšie však hliník-grafit; hoci je grafit nekov, je elektricky vodivý a sme znova pri článku o grafitových nanotrubičkách). Tieto kovové predmety možno pokojne označiť za elektródy, pretože sa na nich vytvára elektrický potenciál podobne ako na elektródach v typickom galvanickom článku. Z technického hľadiska, prostredie vhodné na prejavenie sa elektrotermického/galvanotermického javu je podobné ako u galvanického článku, okrem jedného - v konštrukcii sú použité také materiály (vrátane chemického zloženia elektrolytu/termolytu), ktoré principiálne znemožňuje chemické reakcie medzi termolytom a elektródami. ermolytickému článku teda chýba ten zdroj energie, ktorým disponuje galvanický článok, a je odkázaný na energiu zvonka. Túto energiu predstavuje vonkajšie teplo.
Situácia, z hľadiska pôsobenia síl, potom vyzerá nasledovne. V termolyte/elektrolyte sa nachádzajú príslušné ióny v stave elektrostatickej rovnováhy voči elektródam s rôznymi potenciálmi. Existujú tu teda reálne sily, ktoré by mohli konať prácu - napr. spôsobiť rozklad tekutej vody - keby existoval zdroj energie, ktorá to umožní. V tesnej blízkosti elektricky vodivých plôch s týmito potenciálmi sa nachádzajú (a ako správne konštatujete, pomaly kmitajú komplexy s hliníkovými katiónmi v centre). Energia týchto kmitov sama osebe postačuje na prekonanie potenciálovej bariéry (za normálnych podmienok) len pre nepatrnú časť iónov. Preto za normálnych podmienok elektrotermický/galvanotermický jav prebieha s nepatrnou intenzitou. Ale v dôsledku prísunu tepla, so stúpajúcou teplotou termolytu, intenzita javu podstatne vzrastie.
Neviem zatiaľ jednoznačne vysvetliť do detailu mechanizmus tohto javu, ale je pravda, že nemám k tomu potrebné experimentálne podmienky (profesionálne, v zavedenom laboratóriu). Experimentujem s elektródami a termolytom nie presne známeho zloženia. Napríklad pod pojmom hliník sa v praxi vždy jedná o nejakú hliníkovú zliatinu, napr. s obsahom Mg, Si, Cu a pod., zodpovedajúci termolyt pripravujem z chemikálii a lá chemické hnojivá, resp. komerčne bežne dostupné chemikálie - H2SO4, HCl (s typickou prímesou železa), NaOH a pod. Existuje spústa vedľajších faktorov, ktorých možný vplyv na predmetný jav mám na zreteli, ale nemám praktické možnosti tieto vplyvy seriózne preskúmať. To nie sú výhovorky.
Formuloval som tri základné podmienky pre konštrukciu termolytického článku. Pôsobením tepla sa v nich preukázateľne vyvíja plynný vodík i kyslík. Dokazuje to experiment s kombináciou hliník-grafit, keď sa na hliníkovom plechu vylučuje vodík a na grafitovej tyčinke kyslík. Zachytával som ich osobitne do plastikových zvonov a boli cca v pomere 2 :1. Výraz cca som použil preto, že ony "plastikové zvony" som si vyrobil z plastikových obalov od čistiacich prostriedkov, ktoré majú plynotesné uzávery. Pri teplotách termolytu okolo 100 stupňov Celzia sa tenké plastikové steny trochu zdeformovali, takže nemôžem úplne jednoznačne tvrdiť, že pomer bol presne 2:1.
To sú momenty, ktoré sa dajú v profesionálnych podmienkach ľahko eliminovať.
Podstatnejšia je napr. otázka, či som sa nenechal oklamať chemickou reakciou, totiž, že v tzv. termolyte sa nachádzajú zbytky niektorej silnej anorganickej kyseliny, ktoré po vložení hliníka do termolytu s ním jednoducho chemicky reagujú. Mám totiž praktickú skúsenosť, že mnohé kovy sa rozpúšťajú v kyselinách dosť ťažko, najmä pri nižšej teplote, a aký relatívne veľký objem vodíka dokáže takáto reakcia vyprodukovať aj pri použití zdanlivo malých množstiev reaktantov.
Pri obyčajnej vytesňovacej chemickej reakcii by sa však uvolňoval len vodík, pôvodom z kyseliny, nie aj kyslík. Viem si predstaviť, žeby sa kyslík - pôvodom z vody, t.j. z hydroxylových aniónov - viazal s hliníkom na oxid hlinitý a vodík by unikal. Viem si tiež predstaviť, že by sa jednalo o tak malé množstvo vzniknutého oxidu hlinitého (vzhľadom na objem vzniknutého vodíka), že by uniklo mojej pozornosti.
Ale neviem si vysvetliť, prečo by pri tejto naskrze chemickej reakcii vznikal elektrický prúd - tzv. termolýzny prúd. Totiž, ak elektródy v termolytickom článku vodivo prepojíte (skratujete) a termolyt ohrievate, skratovacím vedením tečie elektrický prúd, ktorý objektívne zmeriate meracím prístrojom. Naposledy som nameral pri potenciálovom rozdieli medzi elektródami Al-Cu 0,59 V termolýzny prúd 0,63 A. Bežná hodnota (pri rôznych druhoch termolytu) pre kombináciu elektród Al-Cu pre termolýzny prúd predstavuje rádovo 1 mA/cm2 plochy použitých hliníkovývh a medených plechov. "Špičkovú" hodnotu termolýzneho prúdu v daných podmienkach predstavuje 3,5-4mA/cm2 plochy dvojice elektród, a to v režime tzv. riadenej termolýzy. Režim tzv. neriadenej termolýzy dáva vzniknúť prúdom o jeden rád vyšším.
V jednoduchej chemickej reakcii dôjde k preskoku elektrónov priamo medzi dvojicou iónov zlučujúcich sa do konkrétnej látky, ktorá napr. vypadáva z roztoku. Nie je potrebný žiaden elektrický okruh.
V termolytickom článku, v režime riadenej termolýzy, je však vznik uzavretého, elektricky vodivého okruhu nevyhnutnou podmienkou. Nejedná sa o chemickú, ale o elektrochemickú reakciu, resp. ešte presnejšie o termo-elektro-chemický jav.
Klamal by som, keby som tvrdil, že viem úplne presne, čo a ako sa tam vtedy deje a prebieha. Všetko nasvedčuje tomu, že dej začína disociácou niektorých molekúl vody na katióny vodíka (potenciál 0V) a hydroxylové anióny OH (potenciál + 0,54V). Pri kontakte s medenou elektródou (+0,34 V) elektróny preskočia na meď, anióny OH sa elektricky neutralizujú a štvorica skupín OH vytvorí jednu molekulu vody a jednu molekulu kyslíka, ktorá sa vylúči na povrchu medi. Elektróny vodivým spojom prejdú na hliníkový plech (-1,28 V), z neho "preskočia" na štyri vodíkové katióny v jeho najtesnejšej blízkosti, elektricky ich "zneutralizujú" a chemicky dajú vzniknúť dvom molekulám vodíka. Spotreba energie na tento dej logicky zodpovedá energii potrebnej na rozklad vody. Či ju objektívne udáva potreba energie nameraná pri elektrolýze vody (teoretické rozkladné napätie 1V, kvôli polarizácii elektród a prípadným ďalším vplyvom sa v praxi používa 1,6V-2V), nie je tak celkom isté, ale osobne predpokladám, že to zhruba zodpovedá.
Potrebná energia má pri termolytickom rozklade vody pôvod v teple. Energia tepelných kmitov jednotlivých "mikročastíc" nie je rovnaká, ale zodpovedá osvedčeným štatistickým rozloženiam. V týchto rozloženiach sa skoro vždy vyskytujú energie a častice, ktoré môžu realizovať spomenutý dej.
26.01.09, 13:12 Jirka
hlinikova kladiva
Ackoli si myslim, ze je to temer zbytecne, presto se zeptam - jakym zpusobem ma podle vas pusobit velmi pomalu vibrujici hlinik na extremne mobilni H+/OH- nebo vodu obecne?
26.01.09, 12:18 frantisek
Ad.: Poznámka
Je samozrejmé, že katalyzátor sám osebe nemení množstvo energie v sústave, čo je základné kritérium pre reálnosť tej-ktorej (fyzikálno)chemickej reakcie. Katalyzátor len mení reakčné podmienky v situácii, keď je pre reakciu principiálne dostatok energie. V tomto zmysle katalyzátor predstavuje vedľajší, aj keď veľmi významný a cenený faktor.
Čo sa týka "spontánneho" rozkladu tekutej vody na plynný vodík a kyslík pri izbovej teplote a atmosferickom tlaku, taká možnosť naozaj reálne existuje. Vytvára ju tzv. elektrotermický/galvanotermický jav, o ktorom som sa zmienil v diskusii k článku o uhlíkových nanotrubičkách. Tento jav osobne experimentálne preskúmavam, žiaľ, nateraz len v amatérskych podmienkach. Moje snahy upozorniť na principiálne možnosti elektrotermického/galvanotermického javu pre rozvoj vedy a techniky v odborných kruhoch predbežne neberú vážne. Podceňujú ich a mlčaním ich "zhadzujú zo stola". Nuž - komu niet rady, tomu bieto pomoci. Michael Montaigne vyhlásil: "Môžem s úplnou zodpovednosťou potvrdiť, že existujú dva typy hlúposti. Jedna je negramotná - tá vede predchádza. Druhá je nadutá a povýšenecká, tá prichádza za ňou. Kým prvý druh hlúposti potláča a ubíja, druhý typ hlúposti veda sama plodí a rozvíja."
Aby som sa vrátil k podstate článku:
To nie je náhoda, že hliník má takú pozoruhodnú vlastnosť. Väčšiu elektronegativitu od hliníka majú už len alkalické kovy, ktoré však nemožno využívať spôsobom ako klasické technické materiály. Katión vodíka predstavuje vo vodnom prostredí "centrum", na ktoré sa okamžite naviaže šesť molekúl vody. Tento komplex sa hmotnosťou približuje jednej molekule kyseliny sírovej. Teplo (aj pri izbovej teplote) obsiahnuté v elektricky vodivom kvapalnom (vodnom) prostredí spôsobuje, že tieto tieto komplexy predstavujú akoby "hliníkové kladivá", ktoré svojimi tepelnými kmitmi pôsobia na nepomerne ľahšie vodíkové katióny a hydroxylové anióny tak, že z aniónov prebytočný elektrón "vytrasú" a do vodíkového katiónu onen elektrón nasilu vrazia. Dôsledkom je, že obidva druhy iónov sa menia na elektricky a chemicky neutrálne plyny - vodík a kyslík. Celé sa to deje na úkor energie nízkopotenciálového (do 100 stupňov Celzia) tepla, ktoré sa v mnohých prípadoch javí ako ďalej nevyužiteľné, t.j. odpadové. Pritom je to ideálny zdroj energie na "termolytický" rozklad vody. Či pritom môžu zohrávať podstatnejšiu úlohu aj nejaké katalyzátory, mi predbežne nie je známe. Všetko nasvedčuje tomu, že nie.
Správa v predmetnom článku nie je nijako výnimočná.
V r. 2008 prebehli masmédiami správy napr. o úsili kolektívu prof. Nocuru z Massachusetského technologického inštitútu, ktorý tiež "vsadil" na katalytický podporný účinok pri elektrolýze vody na báze fotovolaticky vyprodukovaného prúdu. Podobne sa vyskytli zmienky o podobnom úsilí v Austrálii.
Tí "maníci" sa ešte natrápia, kým k nim preniknú správy o existencii elektrotermického/galvanotermického efektu.
Pilotný článok o tejto problematike som ponúkol na zverejnenie aj redakcii scienceworldu.cz, ale ponuka nebola akceptovaná. Keby však došlo k prehodnoteniu tohto postoja, som ochotný poskytnúť niektoré podrobnejšie informácie (vrátanie fotodokumentácie z niektorých experimentov) v ucelenom článku opäť.
26.01.09, 12:16 frantisek
Oprava
Ospravedlňujem sa za "preklep". Správne má veta znieť:
Katión hliníka predstavuje vo vodnom prostredí "centrum", na ktoré sa okamžite naviaže šesť molekúl vody
Napsat vlastní komentář
Pro přidání příspěvku do diskuze se prosím přihlašte v pravém horním rohu, nebo se prosím nejprve registrujte.