Domanda:
Una soluzione acquosa può condurre l'elettricità per sempre?
DanHickstein
2013-12-30 23:24:12 UTC
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Sappiamo che l'acqua pura non conduce l'elettricità, ma l'acqua salata è un buon conduttore. Questo è comunemente spiegato dicendo che "gli ioni trasportano la corrente attraverso la soluzione", che è una spiegazione incompleta, perché non indica cosa succede quando tutti gli ioni sono migrati verso gli elettrodi.

Altro spiegazioni complete della conduzione attraverso una soluzione salina ( come questa o questa) razionalizzano la conduzione dell'elettricità in termini di una reazione di riduzione che avviene all'anodo e di un'ossidazione reazione che avviene al catodo. Nel caso dell'acqua salata, si forma cloro gassoso ($ \ ce {Cl2} $) all'anodo e idrogeno gassoso ($ \ ce {H2} $) si forma al catodo.

Questa spiegazione sembra ragionevole, ma implica che la conduzione dell'elettricità attraverso una soluzione è fondamentalmente diversa dalla conduzione dell'elettricità attraverso un filo. Un filo di rame (di solito) rimane invariato, anche dopo che una grande quantità di elettricità lo attraversa. Al contrario, quando l'elettricità passa attraverso l'acqua salata, si verificano due reazioni chimiche (una per ciascun elettrodo), che cambiano radicalmente il materiale di composizione.

Ciò implica che non è possibile che una soluzione acquosa conduca l'elettricità per sempre . Poiché stiamo guidando una reazione chimica, stiamo consumando il nostro sale (formando $ \ ce {Cl2} $ gas nel caso di una soluzione di NaCl o stendendolo sugli elettrodi in altri casi), oppure stiamo consumando l'acqua formando $ \ ce {H2} $ o $ \ ce {O2} $ gas.

Questo mi sorprende. Quindi, chiedo se il mio pensiero è corretto: è possibile che una soluzione acquosa contenente sale conduca l'elettricità per sempre , o alla fine consumerà sempre i reagenti e smetterà di condurre elettricità come ho fatto io ipotizzato?

No, a meno che non si aggiungano altri ioni o si inverta la reazione per un po 'di tempo (batterie ricaricabili).
"Condotta" è qui un termine pericolosamente ambiguo. Quanto del tuo argomento si applica se la corrente è AC non DC?
Bella domanda Matt! Mi aspetto che la solita corrente CA a 60 Hz agisca effettivamente come una corrente CC sulle scale temporali rilevanti per la chimica che ha luogo, ma non ne sono sicuro.
L'acqua pura conduce l'elettricità a causa della presenza di idrogeno di equilibrio e ioni idrossido. Tuttavia è una corrente molto (molto) piccola.
Tre risposte:
DanHickstein
2014-01-02 22:32:49 UTC
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Poiché nessuno ha pubblicato un controesempio, andrò avanti e dirò che la mia affermazione è vera per la corrente continua (che è ciò che avevo in mente originariamente). La corrente guida una reazione chimica e, a un certo punto, i reagenti si esauriranno e la soluzione non avrà più ioni sufficienti per condurre efficacemente l'elettricità.

Si spera che qualcuno pubblichi un controesempio e renda le cose più interessanti :)

Nel caso della corrente alternata, sembra possibile placcare del materiale su un elettrodo e rimuoverlo dal altro. Quando la corrente cambia direzione, questo processo si invertirà e gli elettrodi rimarranno della stessa massa. In teoria, questo potrebbe durare per sempre, ma in realtà mi chiedo se gli elettrodi si deteriorerebbero e si spezzerebbero a causa dei numerosi cicli di deposizione ed erosione.

Jaroslav Kotowski
2014-01-03 20:55:42 UTC
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Può essere possibile, ma dipende dalle condizioni sperimentali / dalla configurazione. Penso che la seguente configurazione potrebbe funzionare "per sempre":

Due elettrodi fatti di $ \ ce {Pt} $ in soluzione di $ \ ce {CuSO4} $ e $ \ ce {H2SO4} $ forniti con sorgente CA, il bagno deve essere sigillato - per evitare l'evaporazione, applicando una tensione ragionevole.

Il rame si placca su un elettrodo e esaurendolo all'altro elettrodo.

La riduzione: $ \ ce {Cu ^ 2 + + 2e- -> Cu} $

L'ossidazione: $ \ ce {Cu $ - $ 2e- -> Cu ^ 2 +} $

Gli elettrodi formati $ \ ce {Pt} $ eviteranno di cambiare la forma degli elettrodi durante il processo infinito. L'aggiunta di $ \ ce {H2SO4} $ rende l'elettrolita più conduttivo.

Allora, quali reazioni stanno avvenendo agli elettrodi? E come si invertono per riportare gli ioni alla soluzione?
CuSO $ _4 $ $ \ Leftrightarrow $ Cu $ ​​^ + $$ ^ 2 $ + SO $ ^ - $$ ^ 2 $$ _ 4 $ su entrambi gli elettrodi
Quella reazione non consuma o produce elettroni, divide solo CuSO4. Quindi, non capisco come gli elettroni verrebbero estratti o restituiti a un elettrodo. Nel caso dell'acqua salata, stiamo prendendo due Cl- e producendo Cl2 gas e 2 elettroni su un elettrodo e prendendo due elettroni dall'altro elettrodo per trasformare 2H + in H2 gas.
Poiché l'animautin contiene CuSO $ _4 $, una reazione sarà la riduzione: Cu $ ​​^ 2 $$ ^ + $ + 2e $ ^ - $ $ \ Rightarrow $ $ Cu $ ​​e simultaneamente (poiché l'animautin contiene Cu $ ​​^ 2 $$ ^ + $) ossidazione: $ Cu $ ​​- 2e $ ^ - $ $ \ Freccia destra $ Cu $ ​​^ 2 $$ ^ + $
Quindi, la reazione è fondamentalmente placcare il rame su un elettrodo e scaricarlo da un altro elettrodo. Per la corrente continua, si consumerebbe un elettrodo e la reazione si fermerebbe. Ma, per AC, gli elettrodi alternerebbero il deposito e la rimozione dei materiali e finirebbero per rimanere della stessa dimensione.
sì, è giusto
Ok, forse modifica queste informazioni nella tua risposta e possiamo sbarazzarci di questi commenti. Inoltre, non sono sicuro del motivo per cui hai bisogno di H2SO4. Sembra che tu stia usando solo CuSO4. Inoltre, la mia ipotesi è che questa reazione non durerebbe per sempre perché gli elettrodi cambierebbero forma man mano che il materiale viene ri-depositato e alla fine piccoli pezzi si staccerebbero e cadrebbero sul fondo del contenitore.
Skylar Adams
2015-08-15 22:44:24 UTC
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La semplice risposta alla tua domanda è "no" perché la corrente elettrica che attraversa la soluzione spezzerebbe i legami $ \ ce {H2O} $ e formerebbe $ \ ce {H2} $ e $ \ ce {O2} $ gas . Alla fine rimarrai senza acqua a causa di questo processo. E non dimenticare, in una soluzione $ \ ce {H2O + NaCl} $, viene prodotto cloro gassoso che alla fine influenzerebbe le concentrazioni di ioni. Credo che Wikipedia abbia una descrizione molto dettagliata dell'elettrolisi dell'acqua.

E a proposito, una risposta molto semplice alla tua domanda sarebbe condurre tu stesso l'esperimento e vedere se conduce elettricità per sempre. Prendi un bicchiere d'acqua aggiungi cloruro di sodio, prendi una batteria da 9 volt collega due fili uno all'anodo e l'altro al catodo e prendi due matite appuntite su entrambe le estremità (la grafite è un buon conduttore di elettricità e in più non vuoi i fili da "mangiare") collegare ciascuno dei fili a un'estremità di ciascuna delle matite. Quindi metti le estremità delle matite (quelle senza fili) nel bicchiere e guarda tu stesso.

Penso che Jeroslav abbia dimostrato che la risposta è effettivamente "sì" per AC, almeno in teoria. Nessuno qui ha proposto un esempio di una soluzione che può condurre per sempre per DC. Ma esito a dire che non è possibile solo perché non possiamo pensare a un esempio. Il tuo esperimento proposto produrrà gas e dimostrerà che una particolare soluzione non può condurre per sempre, ma generalmente non lo prova.
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