2019 szeptember 18 - szerda

2.4.1.11.11. Magnéziumos elektrolizáló

Korábban már említettem (lásd itt), hogy a Térszobrászat egyik olvasója, Laci, a kísérleteink egyik napján ellátogatott hozzánk. Magával hozta a saját elektrolizálóját, bemutatta az ultrahangos párásító készüléket, de ami nekem nagyon megtetszett, az a magnéziummal történő hidrogénfejlesztője volt. Erről szeretnék most pár dolgot megemlíteni.

A magnéziumrúd hossza 18 cm, az átmérője pedig 2,5 cm volt. Ebből meghatározhatjuk, hogy mekkora volt az a felület, ami az elektrolittal érintkezet.

V = 2 * Pi * r * (m + r) = 2 * 3,14 * 1,25 * (18 + 1,25)

V = 151 cm2

Az elektrolit ebben az esetben 20 %-os ecet volt. Mint Laci elmondta, próbálkozott tiszta vízzel, sóval és lúggal is, de azokban az esetekben a reakció szinte egyenlő volt a nullával.

Ha már ott járt, elhatároztuk, hogy kimérjük a gázfejlődést, mivel minden adott volt. Bámulatos volt nézni, ahogy a fejlődő gáz hatalmas ütemben szorította ki a vizet a mérőedényből. Arra is kíváncsiak voltunk, hogy az érintkező felület nagysága arányban áll-e a fejlődő gázok mennyiségével, ezért az elektrolizáló tartályból kiöntöttünk annyi elektrolitot, hogy csak a feléig, majd pedig csak a negyedéig lepje el a rudat.

A következő táblázat a méréseink eredményét tükrözi. Az elektrolit 20 %-os ecet volt, a hőmérséklete 25 °C. A mért gáz minden esetben 500 ml volt.

Felület 500 ml
Gáz/perc
Gáz/perc/cm2
151 cm2
0:24 perc
1250,0 ml/perc
8,28 ml/perc/cm2
75 cm2
0:48 perc
625,0 ml/perc
8,33 ml/perc/cm2
38 cm2
1:30 perc
333,3 ml/perc
8,77 ml/perc/cm2

1.táblázat. A magnéziumos hidrogéntermelés mérési adatai

Mint a 16.táblázat mutatja, az időegység alatti gáztermelés egyenes arányban állt a reakcióban résztvevő felülettel. A negyedik oszlop eredményei (Gáz/perc/cm2) kis eltérést mutatnak, de ez csak a mérés pontatlanságából következik.

Ez a méréssorozat egyértelműen megmutatta, hogy pusztán csak kémiai reakciók segítségével is tudunk hidrogént fejleszteni. A magnéziumról Laci azt mondta, hogy szerinte ez pontosan az a fém, amit fémötvözetként említenek a kanadai Rothman Technologies, Inc. cégnél. (lásd itt). Lehetséges, bár ha megnézzük a videofilmet, akkor látjuk, hogy az ő ötvözetük világos szürke színű (alumínium?) és ők nem savat, hanem sót használnak a vízben elektrolitként. Ez persze nem zárja ki, hogy az ötvözetnek része a magnézium is.

A gáztermelés szabályozásán is gondolkodtunk. Az egyik megoldás az, hogy a rudakat kisebb, egyenlő darabokra vágjuk és a gázpedál mechanikusan engedné bele az elektrolitba azokat. A másik megoldás az lehetne, hogy a rúd fixen rögzítve lenne és az elektrolitot csepegtetve tudnánk szabályozni a gáztermelést. Ezt egyébként ki is próbáltuk és így is beindult a reakció. A harmadik megoldásként pedig nem magnézium rudat használnánk, hanem magnéziumport, amiből a megfelelő mennyiséget adagolva tudnánk szabályozni a keletkezett gázok mennyiségét.

A Térszobrászat egyik olvasója – vferi – elolvasva ezt a cikket egy olyan szabályozási módszert ajánlott, melyet még valamikor gyerekkorában olvasott egy kémiai “barkácskönyvből”. Idézem vferi levelét:
“Gyerekkoromban is érdeklődtem az elektromosság és a kémia iránt, ezért apám a gyár könyvtárából kerített egy könyvet, ami otthon végezhető kémiai kísérletekről szólt, egy igazi kémiai barkácskönyv volt. Sajnos már a címére nem emlékszem, mert azóta sok év eltelt és akkor még csak általános suliba jártam. Ebben a könyvben volt egy egyszerű hidrogéntermelő szerkezet, ami cinklemez és sósav segítségével termelte a gázt. Előnye egyszerűségén túl, hogy önszabályozó, mindig a fogyasztásnak megfelelő mennyiségű gázt ad és ha a gázcsapot elzárják, leáll a gáztermelés. Működési elve a következő, van két edény, mondjuk képzelj el 2db pet üdítős palackot. Az egyik 1,5 literes, az alja le van vágva, hogy nyitott legyen, a dugója át van fúrva és innen csatlakozik az a cső, ami a gázt elvezeti. A palackban, például a dugóról lelógó huzalon, fel van függesztve a magnézium rúd, úgy hogy az alja függőleges irányban kb. a palack felénél végződjön. Van egy 2 literes pet üdítős palack, aminek az elkeskenyedő teteje van levágva, és a 1,5 literes palack ebbe bele van állítva és kicsúszás ellen rögzítve. Ha a külső palackba savat öntünk és a gázcsőbe épített csapot kinyitjuk akkor a sav szintje a belső palackban is megemelkedik és eléri a magnézium rudat, beindul a gáztermelés. Ekkor, ha elzárod a gázcsapot, a termelődő gáz a savat a belső palackból lefelé kiszorítja addig, amíg a sav szintje a magnézium rúd alsó szintje alá nem kerül. Ekkor a gáztermelés kis idő után megszűnik, mert a magnézium felületéről a rajta maradt sav is semlegesítődik a reakcióban. Ha a gázcsapot kinyitjuk a gravitáció folytán a belső edényben ismét megemelkedik a savszint, eléri a rudat és már termelődik is a gáz. Természetesen a savszintet mindig biztosítani kell a külső edényben, ha fogy, utána kell tölteni, de ez egyszerűen megoldható. Itt főleg az elvet szerettem volna közérthetően demonstrálni egy elméletben megvalósított berendezésen.”

Ahhoz, hogy a gáztermelés költségét ki tudjuk számítani arra van szükség, hogy tudjuk, mennyi idő alatt fogy el egy ilyen magnéziumrúd. Az biztos, hogy aktívan részt vett a reakcióban, az elektrolitot egy-két másodperc alatt teljesen feketévé változtatta és 500 ml-nyi gáz termelése után – ami 24 másodpercet vett igénybe – már olyan forró volt, hogy szabadkézzel alig lehetett megfogni, valamint a felületén fehér hab keletkezett.

Később Laci otthon elvégzett még pár mérést a magnéziumfogyasztással kapcsolatban és elküldte az eredményeket:

magn_002 2.4.1.11.11. Magnéziumos elektrolizáló

1.ábra. A magnézium rudas kísérlet kellékei

v_25EDzbont_25F3_004 2.4.1.11.11. Magnéziumos elektrolizáló

2.ábra. A magnéziumrúd

Az itt következő videofilmben Laci azt mutatja be, hogy ahogy behelyezzük a magnézium rúdat a citromsavba (itt Laci citromsavat használt, nem pedig ecetet), azonnal beindul a gáztermelés. Figyeld meg, hogy a film elején és a végén a rúd színe különböző.

A következő kísérletnél foszforsav az elektrolit. A keletkezett gáz mennyisége láthatóan csökkent.

A fejlődő gázmennyiség mérése

A mérések elvégzésének módját a következő ábrán láthatod.

magn_25E9ziumr_25FAd_citromsav_k_25EDs_25E9rlet_003 2.4.1.11.11. Magnéziumos elektrolizáló

3.ábra. A méréshez használt eszközök

A következő filmben a vízbontás során keletkező gáz mennyiségének mérését láthatod.

Itt ugyanezt a mérést nézheted meg, csak kicsit közelebbről.

A mérésekhez küldött adatok a következők voltak:

“Magnézium rúd 80gr. 90mm x 27mm.

1,1 kg citromsav (100 gr. citromsav 1000 gr. csapvíz) 5 perc alatt termelt 1 liter hidrogént. 40 perc után a magnézium súlya 72,5 gr., a víz hőfoka 52 C fok, elfogyott kb. 25 ml citromsavas víz. 40 perc után kb. harmadannyi gázt termelt mint az elején.”

A kísérletek eredményeinek táblázatos összefoglalása:

Felület 500 ml
Gáz/perc
Gáz/perc/cm2
88 cm2
2:30 perc
200,0 ml/perc
2,27 ml/perc/cm2

2.táblázat. A magnéziumos hidrogéntermelés mérési adatai

Ezekből az adatokból láthatjuk, hogy 7,5 g magnézium fogyott 40 perc alatt, miközben 8 l hidrogén keletkezett. A grammonkénti hidrogéntermelés tehát 8 / 7,5 = 1,06 l / g. Az viszont már nem túl bíztató dolog, hogy ez a termelés nem állandó, hanem az idő múlásával egyre csökken. Ezt talán az elektrolit cirkuláltatásával és szűrésével lehetne kiküszöbölni.

Ha a 2.táblázat adatait összevetjük az 1.táblázat adataival, azt látjuk, hogy a négyzetcentiméterenkénti gáztermelés majdnem a negyedére csökkent a citromsavas elektrolitnál az ecetsavas elektrolithoz képest.

Megjegyzés: A magnéziummal való kísérletek célja nem az, hogy ezt használjuk tömeges méretekben, hanem hogy el tudjuk végezni a szükséges kísérleteket. A magnézium és a savak kölcsönhatásaként fémsó keletkezik, ami veszélyes anyag. Ezzel kapcsolatban ide írom vferi magyarázatát:

“A magnéziumos gázfejlesztésnél kizárólag hidrogén gáz keletkezik és a fémből a savtól függően valamilyen fémsó lesz. Például sósav (HCl) és magnézium használatakor hidrogén és magnézium-klorid keletkezik. A reakció során a sav folyamatosan hígul, a fém pedig fémsóvá alakul. A többi savval is hasonló a helyzet, a reakció sebessége a sav típusától, (hogy erős vagy gyenge sav) és az oldat koncentrációjától függ. Az ecet például 10% és 20% ecetsav tartalommal kapható étkezési célra, a többi víz. A reakcióban a víztartalom nem vesz részt, a folyamat után az edényben marad. A sósav vagy a kénsav ennél nagyobb töménységben is kapható. Egyszer találkoztam laborcélra használható 98%-os ecetsavval, az nagyon erős volt. Nekem az a véleményem hogy nem ez a jövő útja, de kísérletezni érdekes lehet. A tömeges felhasználásakor ugyanis rengeteg fémsóval szennyezett gyenge sav marad vissza és ez veszélyes hulladék kategóriában van.”

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás