Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Hversu mikla orku þarf til að rafgreina vetni úr vatni? Við hvaða straum næst besta nýtnin?

Við rafgreiningu á vatni er rafstraumi hleypt frá straumgjafa eða spennugjafa gegnum vatn. Þetta má gera með þeim hætti sem sýnt er á meðfylgjandi mynd, þar sem rafleiðslur eru tengdar frá skautum rafhlöðu eða rafhlaða í rafskaut í vatni. Þá leiðir rafstraumur frá skautunum í gegnum vatnið. Afleiðing þessa er sú að sameindir vatnsins (H2O(l)) rofna og mynda súrefnissameindir (O2(g)) og vetnissameindir (H2(g)), hvort tveggja á loftkenndu formi. Súrefnið myndast við rafskautið sem tengt er við (+)-skaut rafhlöðunnar (nefnt katóða) en vetnið við (-)-skautið (anóðuna).



Með því að notast við glerbúnað af því tagi sem sýndur er á meðfylgjandi mynd er unnt að einangra súrefnið efst í rörinu ofan við katóðuna en vetnið í rörinu ofan við anóðuna. Þá kemur í ljós að rúmmál vetnisins er tvöfalt meira en rúmmál súrefnisins sem myndast. Þetta kemur heim og saman við hlutfall frumeindanna í vatnssameindinni (H2O) sem er H:O = 2:1 og ferli rofnunar sameindanna sem skrifa má með eftirfarandi hætti:
2H2O(l) -> 2H2(g) + O2(g)
Jafnframt er rúmmálshlutfallið dæmi um þá almennu staðreynd að rúmmál kjörgasa við sameiginlegan hita og þrýsting er í beinu hlutfalli við fjölda sameinda í gasinu.

Raforkan sem rafhlöðurnar gefa frá sér nýtist í að rjúfa vatnssameindir og mynda í senn vetnisgas og súrefnisgas. Orkan sem til þarf er háð ýmsu þáttum, svo sem hitastigi, loftþrýstingi, sýrustigi vatnsins og hugsanlegum aukaefnum sem kunna að vera í vatninu. Fyrir rafgreiningu á hreinu og ómenguðu vatni við staðalskilyrði (25°C og 1 bar loftþrýstingur) þarf að lágmarki 1,23 volta rafspennu. Það svarar til orku sem nemur um 13 200 Joule per millilítra af vatni eða sem nemur um 2,7 kílóvattstunda raforkunotkun fyrir hverja þúsund lítra af vetnisgasi sem myndast við staðalskilyrði.

Orkunýting við rafgreiningu á hreinu vatni er þó léleg. Við framleiðslu á vetni sem fram fer í Áburðarverksmiðjunni hér á landi fer rafgreining fram í vatnslausn sem inniheldur basískt efni, kalínhydroxíð (KOH) sem hefur hærra sýrustig en hreint vatn (sjá svar sama höfundar við spurningunni Hvað er sýrustig (pH)?). Við þær aðstæður er þörf á meiri rafspennu, eða sem næst 1,80 voltum og um 4,8 kílóvattstunda raforkunotkun fyrir hverja þúsund lítra af vetnisgasi sem myndast við staðalskilyrði. Erfitt er að tilgreina hver rafstraumurinn er við þær aðstæður því að hann er háður vatnsmagni og gerð rafskauta sem getur verið breytilegt.

Sjá einnig svar sama höfundar við spurningunni Hvers vegna er vetni svona eldfimt?

Heimildir

(1) W.L. Masterton og E.J. Slowinski, Chemical Principles, 4. útg., W.B. Saunders Company, 1977.

(2) Teitur Gunnarsson Áburður og framleiðsla hans, Áburðarverksmiðjan og Landbúnaðarháskólinn á Hvanneyri, 1998.

Útgáfudagur

28.5.2001

Spyrjandi

Benedikt Sæmundsson

Höfundur

Ágúst Kvaran

prófessor í eðlisefnafræði við HÍ

Tilvísun

Ágúst Kvaran. „Hversu mikla orku þarf til að rafgreina vetni úr vatni? Við hvaða straum næst besta nýtnin?“ Vísindavefurinn, 28. maí 2001. Sótt 23. september 2017. http://visindavefur.is/svar.php?id=1647.

Ágúst Kvaran. (2001, 28. maí). Hversu mikla orku þarf til að rafgreina vetni úr vatni? Við hvaða straum næst besta nýtnin? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=1647

Ágúst Kvaran. „Hversu mikla orku þarf til að rafgreina vetni úr vatni? Við hvaða straum næst besta nýtnin?“ Vísindavefurinn. 28. maí. 2001. Vefsíða. 23. sep. 2017. <http://visindavefur.is/svar.php?id=1647>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Vélmenni

Hugmyndin um vélmenni, þ.e. vél í mannslíki, kemur víða fyrir í fornum goðsögum og bókmenntum. Fyrsti nútímaróbotinn kom á markað 1961. Hann nefndist Unimate og var eins konar gervihandleggur, notaður við bílaframleiðslu í verksmiðjum General Motors. Orðið róbot á sér tékkneskar rætur, það kom fyrst fyrir í leikriti eftir rithöfundinn Karel Čapek frá árinu 1920.