Joni srebra u destilisanoj vodi
Proracun koncetracije jonskog srebra:
Za ovaj postupak potreban Vam je multimer i generator konstantne struje .
fizika i hemija kaze:
Quantitative Aspects of Electrolysis
The FARADAY is the amount of electricity that corresponds
to the gain or loss of 6.022 x 10^23 electrons, or 1 mole of
electrons.
1 Ampere x sec = 1 Coulomb; 1(A)(s) = 1 C
1 Faraday = 1 F = 6.022 x 10^23 e-= 96500 C
If 1 Faraday of electricity is transferred, that is
= 96500 Coulombs and that is = 1 mol of electrons,
Ag+(aq) + e- -----> Ag(s) 1 mol e- transferred in this
1/2 reaction
Therefore, 1 mol Ag produced = 107.87g
q = (i)(t) = amps x time(sec)
number of Coulombs transferred = current x time
Since 1 coulomb = 1 amp-s,
1 mole of e- transferred = 96500 C
vise na linku:
http://andromeda.rutgers.edu/~rogerlal/ ... 9lec3.html
Pod pretpostavkom da nas najvise interesuju kation srebra (Ag+), ako pogledamo reakciju na elektrodama primjetit ćemo da u reakciji u kojoj atom prelazi u kation dolazi do otpuštanja jednog elektrona.
Konkretno, u reakciji gdje se stvara kation srebra Ag+ očigledno je da je za stvaranje jednog kationa iz atoma potrebno otpuštanje jednog elektrona. Dakle u jednom molu srebra (107,87 g) ima 6.022 x 10^23 atoma/iona srebra (Avogardov broj). Budući da znamo da će 96500 C (C - kuloni - količina naelektrisanja) biti dovoljno za bilo koji elektrokemijski ekvivalent (Faradayev zakon), u ovom slučaju 1 mol (~107 g) srebra, možemo mjeriti količinu naelektrisanja koja je prošla kroz otopinu za vrijeme naše elektrolize i korelirat je s količinom srebra koju je ta struja otpustila u otopinu.
Recimo da je netko izračunao da mu je kroz otopinu od 1L proslo 2 C. Budući da je Faradayeva konstanta 96500 C a da je za izbaciti jedan ion srebra potreban 1 elektron, dolazimo do toga da je u otopini završilo cca 0.00002 mola ili 1.2048 x 10 19 iona srebra. Molarna masa je 107.8 grama šta bi značilo da je 0.00215 grama srebra u 1L vode.
To je 2.15 ppm-a što je premalo. Treba, dakle, još nastaviti s elektrolizom do barem 7 ppm jer u principu ovdje podrazumijevamo da se samo ioni otpuštaju u otopinu, što nije točno, jer se znaju i cijeli komadići odlomiti u otopinu, ali oni i nisu biološki aktivni tako da ih možemo zanemariti. Međutim, koloide ne možemo zanemariti računski jer za više srebra ti konkretni koloidi troše znatno manje elektrona i time kvare račun.
Dakle, ako tim računom dobijemo oko 7 ppm, možemo računati na koncetraciju negdje oko 5ppm aktivnog srebra. Naravno, to je samo pretpostavka a procjena ovisi o kvaliteti procesa.
Na taj način možemo bar uspoređivati svoje elektrolize međusobno i doći do nekog orijentira koliko uopste srebra imamo u otopini.
Broj kulona (C) možemo dobiti iz jakosti struje i vremena koliko je ta struja bila aktualna. Struja od jednog Ampera kroz jednu će sekundu dati količinu naelektrisanja od 1C.
Dakle Q (količina naelektrisanja izražena u C) = I (jakost struje izražena u A) x t (vrijeme izraženo u sekundama).
Dakle ukoliko smo imali prosječnu struju od 1mA u intervalu od 30 minuta tada imamo jdnostavan račun.
1mA = 0.001A
30min = 1800s
Q = 0.001 A x 1800s = 1.8C
Dakle u tom intervalu kroz otopinu je prošlo 1.8C šta odgovara količini od 1.8 x 10 ^-5 molova ili masi srebra od 0.002 grama.
Račun proizlazi iz Faradayevog zakona. Dakle ako 95600 C treba za 107.8 grama srebra, tada 1.8 C je dovoljno za 1.8 x 10 ^ -5 mola.
X ÷ 1 = 1.8 ÷ 96500
X = 1.8 x 10 ^ -5
Molarna masa srebra je 107.8 g/mol. Masu možemo dobiti množeći broj molova s molarnom mason. Dakle m (masa u gramima) = n (broj molova) x M (molarna masa u g/mol).
U ovom slučaju...
m = 107.8 g/mol x 1.8 x 10 ^ -5 mol ~ 0.002 g (2mg srebra).
Dakle približna koncetracija je 2 ppm.
To je ipak premalo i postupak treba nastaviti do koncetracije od 7ppm za 5ppm aktivnog srebra jer sobzirom da LVDC metodom dobija 20% koloida i 80% jona.
Sta je sa omovim zakonom?
Odnos između napona, otpora i struje kroz element dat je jednostavnom formulom poznatom pod nazivom Omov zakon:
U = I x R
gde je U napon u Voltima I jacina struje u Amperima i R otpor u omim-a
Pa ovde se u stvari i prave najvece greske. Struja je direktno zavisna od napona i otpora. O cemu se zapravo radi. Napon na ispravljacu moze da bude i 9v i 12v i 50v ali na samim elektrodama mora biti tacno onoliko da bi se zadovoljio omov zakon. U nasem slucaju samo struja mora biti konstantna, otpor se smanjuje vremenom procesa sto znaci da i napon mora da pada. Radi lakseg razumevanja uradicemo nekoliko primera:
Struja ja za 1cm^2 elektroda ja 0.10mA ili 0.0001A. Za 10cm^2 bi bila 1mA ili ti 0.001A
Pocetni otpor zavisi od cistoce vode udaljenosti elektroda temperature koncetracije srebra ali uzmimo za primer da je u pocetku procesa 20koma a na kraju 2koma.
sto znaci u pocetku napon na elektrodama bi trebao biti:
U = 0.001A x 20000 R U = 20V
a na kraju procesa imacemo sledecu situaciju
U = 0.001A x 2000 R U = 2V
Vecina koja pravi jonsko srebro ne uzima ovaj podatak u obzir pa dolazi do toga da dobiju koloidno a ne jonsko srebro sto nam i nije cilj. Proces mora da bude kontrolisan ukoliko bi hteli da dobijete sto bolji proizvod. Spajanjem direktno ispravljaca na elektrode ne radimo pravu stvar vec pogresnu jer jone stebra dobicemo samo u pocetku procesa dok struja nije prevelika za elektrode. Otopina srebra u destilovanoj vodi se ponasa kao otpornik i na njenu vrednost uticu mnogi faktori kao sto su povrsina elektroda, blizina elektroda temperatura elektrolita koncetracija serbra u vodi. Nas zadatak je da prevazidjemo sve te faktore i da iskontrolisemo reakciju. Ukoliko na elektrode dovedemo direktan napon sa ispravljaca elektricna sema bi racunski bila postavljena na sledeci nacin. I = U / R gde je R otpornos samog elektrolita. Resenje problema je postavljanje strujnog ogranicivaca.
I = U / (R1 + R2) gde je R1 otpor elektrolita a R2 dodatni otpor koji u nasem slucaju radi kao ogranicivas struje ili ti generator kostantne struje.
Vise o svemu tome:
http://en.wikipedia.org/wiki/Current_source. Licno sam koristio LM317 i trimer potenciometar umesto otpornika kako bih mogao da zadam zeljenu struju (
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:LM31 ... urrent.jpg ). Za one koji prave nesto jeftiniju varijantu struju je moguce ograniciti sa obicnim otpornikom od desetak kilooma ali struja nece biti bas konstanta, u svakom slucaju mora se sve dobro proracuna.
Jos bih dodao i to da ukoliko bi zeleli da ubrzamo proces moguce je samo povecavanjem povrsine elektroda. Za sada toliko.
pozdrav