Elektroliza vode i Galvanizacija DJORDJE TODOROVIC III-5 Elektroliza vode Elektroliza vode je elektrokemijski postupak kojim se voda (H2O) razlaže na vodik (H2) i kisik (O2) uslijed djelovanja vanjskog izvora napona zbog kojeg električna struja prolazi kroz vodu. Električni izvor napajanja spojen je na dvije elektrode, ili dvije ploče (obično od inertnog metala kao što su platina ili nehrđajući čelik) koje se nalaze u vodi. Voda se spontano razlaže na vodik i kisik, budući da pri standardnim uvjetima Gibbsova slobodna energija navedenog procesa iznosi 474,4 kJ/mol (radi se o endotermnom procesu). Iz tog se razloga elektroliza vode provodi u elektrolitičkoj ćeliji, koja se sastoji od dvije inertne elektrode (obično platinske) uronjene u vodu, koje služe kao anoda i katoda u procesu elektrolize. Elektroliza počinje primjenom vanjskog izvora napona između elektroda u prisutnosti elektrolita (npr. natrijevog klorida ili sumporne kiseline) ili dovođenjem iznimno velike količine napona (ako se ne upotrebljava elektrolit). Elektrolitskom disocijacijom će se vodik pojaviti na katodi (negativno nabijenoj elektrodi) uslijed redukcije, a kisik će se pojaviti na anodi (pozitivno nabijenoj elektrodi) uslijed procesa oksidacije. Ioni nastali elektrolitskom disocijacijom privučeni su na elektrode suprotnih naboja. [2] Razvijanje plinova uzrokuje nastanak mjehurića, koji se mogu vidjeti oko obje elektrode. Sljedeće polureakcije opisuju gore navedene procese: Anoda (oksidacija): 2 H2O (l) → O2 (g) + 4 H+ (aq) + 4 e– Katoda (redukcija): 2 H2O (g) + 2 e– → H2 (g) + 2 OH– (aq) Ukupna reakcija: 2 H2O (l) → 2 H2 (g) + O2 (g) Iako se u aparatu mogu upotrijebiti jake kiseline, ukupna količina kiseline ne mijenja se tijekom elektrolize. Navedena se reakcija može odvijati na bilo kojoj vodljivoj elektrodi pri dovoljno visokim potencijalima, no platina katalizira nastanak i vodika i kisika, te omogućuje primjenu manjih napona (~ 2 V ovisno o pH). Primena elektrolize Hofmannov aparat za elektrolizu vode Destilirana voda se ulije u čašu i dodaje se neki elektrolit (npr. slabo zakiseliti s razrijeđenom sumpornom kiselinom). Tako je voda, koja slabo vodi električnu struju, postala boljim električnim vodičem. Zakiseljenom vodom puni se Hofmannov aparat. Aparat se puni kroz proširenje na srednjoj cijevi uz istovremeno otvorene pipce na vanjskim cijevima. Kada su vanjske cijevi potpuno ispunjene, pipci se zatvore. Platinske elektrode aparata spajaju se s izvorom istosmjerne struje (ispravljač) jakosti do 2 A. Uključivanjem ispravljača počinje elektroliza vode. Na katodi redukcijom vode nastaje vodik, a na anodi oksidacijom vode kisik. Nakon par minuta očita se obujam razvijenih plinova. Vidljivo je da se obujmi razvijenih plinova odnose kao mali cijeli brojevi, tj. da se obujam vodika prema obujmu kisika odnosi kao 2:1. [3] Industrijska elektroliza vode Industrijska elektroliza vode je po načinu rada vrlo slična Hofmannovom aparatu za elektrolizu vode, s tom razlikom da su elektrode od platine mnogo složenije. Danas se u svijetu oko 4% vodika u industrijskoj primjeni dobije elektrolizom vode. HHO plin HHO plin ili 2HO plin (eng. oxyhydrogen) predstavlja mješavinu vodika (H2) i kisika (O2) uobičajeno u molarnom omjeru 2:1 kao kod vode. Ovakva mješavina plinova uobičajeno se primjenjuje kod plamenika za obradu i taljenje metala. U slučaju zapaljenja pri standardnoj temperaturi i tlaku ovaj plin gori, oslobađajući pri tome vodenu paru i energiju u iznosu od 241,8 kJ za svaki utrošeni mol H2, te prilikom zapaljenja dolazi do oslobađanja zvuka, te se stoga HHO plin zove i plin praskavac. Ovakvu mješavinu plinova jednostavno je i relativno lako dobiti elektrolizom vode, gdje posredstvom električne struje dolazi do razdvajanja vodenih molekula na molekule kisika i vodika. [4] Pri tome je u skladu sa zakonom očuvanja energije ("zbroj svih oblika energije u zatvorenom prostoru je konstantan"), energija uložena u elektrolizu vode uvijek je veća od energije dobivene izgaranjem. Yull Brown, bugarski izumitelj koji je emigrirao u Australiju, razvio je 1970tih tehnologiju proizvodnje (elektrolize) navedene plinovite mješavine i njenog ubrizgavanja u standardne motore s unutarnjim izgaranjem (benzinske i dizelske), što je dovodilo do poboljšanog izgaranja goriva i čišćeg ispuha. U doba niskih cijena nafte, slabe ekološke svijesti i neinformiranosti o posljedicama globalnog zatopljenja, ova ideja (pate[[]]nt) nije dobila širu potporu javnosti niti poslovnih krugova, čak je proglašena prevarom. Velikim porastom cijena nafte u posljednjih nekoliko godina, HHO generatori, temeljeni na opisanom načinu rada, dolaze u središte interesa kao moguće rješenje za smanjenje potrošnje goriva kod konvencionalnih automobila s motorima na unutarnje izgaranje. Voda H2O je stabilna molekula koja ne gori, ali kada se djelovanjem elektrolize podijeli na vodik i kisik dobiva se goriva mješavina plinova koja oslobađa energiju. U procesu elektrolize razbija se veza kisika s vodikom, a kako kisiku nedostaju dva vanjka valentna elektrona potrebna energija elektrolize će biti velika. Električna energija koja se mora upotrijebiti za elektrolizu vode veća je od energije koja se dobije izgaranjem u motoru, te se prilikom izgaranja oslobađa i toplinska energija koja je neupotrebljiva za pokretanje motora. Ako se kao izvor električne energije primjenjuju obnovljivi izvori energije kao što su fotonaponski ploče, onda se cijeli krug pretvorbe vode u gorivi plin može promatrati kao dobar izvor obnovljivog plinskog goriva. Vodik ima svojstvo da ulazi u kristalnu rešetku metala, te smanjuje mehanička svojstva metala (vodikova krhkost ili hladne vodikove pukotine) i povećava nakon određenog perioda vjerojatnost loma metala. Zbog ovih svojstava HHO generatori mogu se upotrebljavati samo u mješavini s postojećim gorivom ili prirodnim plinom da poboljšaju izgaranje i povećaju snagu postojećih motora. Galvanizacija Galvanizacija je primjena istosmjerne električne struje stalne jakosti, ili takozvane galvanske struje. U medicini, galvanizacija je primjena istosmjerne, stalne struje radi liječenja. Njezinim djelovanjem mijenja se propusnost staničnih membrana, krvne žile se šire, poboljšavaju se metabolički procesi, pospješuje se resorpcija edema, smanjuje grč skeletnih mišića i ublažuje se bol. Dok galvanska struja stalne jakosti teče, ona ne podražuje mišić; mišićna kontrakcija nastaje samo kod prekida (otvaranja ili zatvaranja) strujnoga kruga. Galvanizacija se primjenjuje u trajanju od 10 do 20 minuta, obično 10 do 15 postupaka u jednoj seriji. Indikacije su različita bolna stanja, osobito neuralgije, oštećenja perifernih živaca, parestezije, bolesti krvnih žila i drugo. Kod četverostanične kupke bolesnik sjedi i uroni šake i stopala u četiri plastične kadice napunjene vodom, u kojima su grafitne elektrode. Tako se može djelovati na cijelo tijelo. Hidrogalvanska kupka oblik je elektroterapije gdje se koristi galvanska struja u kadi punoj vode, u koju je bolesnik uronjen.U tehnici, galvanizacija se primjenjuje kod galvanotehnika. Galvanoplastika Galvanoplastika je elektrokemijska metoda izrade metalnih predmeta putem taloženja metala na nekom nevodljivom (ili vodljivom) kalupu. Pronalazač tehnike je Rus Moritz Hermann von Jacobi i to 1838 godine, a tehnika je odmah bila korištena za izradu štamparskih matrica, te za još neke druge postupke(izrada zubnih proteza,izrada skulptura, izrada kopija metalnih starina). Danas se ovom tehnikom između istalog izrađuju kalupi za lijevanja plastičnih masa, kalupi za izradu CD-ova,te je se koristi za izradu šupljih vodiča koji se koriste u visokofrekventnoj tehnici. Tehnika se koristi i za izradu nakita od plemenitih metala. Od metala koji se koriste za izradu predmeta ovom tehnikom najčešće se koriste bakar,nikal, te niklenokobaltne slitine HVALA NA PAZNJI!