Batería de Concentración y la fundación de la electroquímica

Batería de Concentración y la fundación de la electroquímica

La presentación del libro es más extenso . Aquí encontrará sólo el , artículo " submmited a ChemCommunication y considera que no vale la impresión , ya que, una serie de experimentos independiente " , hecho con escasa cantidad de dinero, no puede ser publicado en una revista científica . Parte de la discusión se presenta al final del material .

Aunque las células de concentración representan un modelo teórico y práctico para la conversión de energía química en energía eléctrica , la explicación real de cátodo y ánodo eventos está lejos de la realidad experimental . Los experimentos muestran ninguna transferencia de masa entre los electrodos y la migración de especies iónicas en solución no es coherente con el marco teórico . Una nueva interpretación de los fenómenos de electrodo tiene que ser propuesto con una nueva perspectiva para la conversión de la energía química en energía eléctrica .
Una celda de concentración es una célula galvánica con medio de células de idéntica composición pero diferentes concentraciones . El ejemplo más común es representado por dos electrodos de cobre insertados en dos soluciones de sulfato de cobre a diferentes concentraciones . La conexión entre el medio de las células está asegurado por un puente salino o por una membrana osmótica y en los electrodos de cobre se mide una diferencia de voltaje determinado .
En el caso de la membrana osmótica , existe la posibilidad de que los iones en solución para pasar a través de él , con el fin de equilibrar las concentraciones , así que después de un cierto intervalo de tiempo ambas soluciones llegan a la misma concentración y la diferencia de potencial se convierte en nulo. En caso de una puente de sal , esta proporciona iones a las soluciones y los mismos eventos suceda . En concentrada medio de células , el cobre se reduce y los aniones restantes obtener cationes desde el puente ; correspondientemente en medio celular diluida , el cobre se oxida y pasa en solución y el puente proporciona aniones .
Como consecuencia , la dilución del cátodo medio de células se logra mediante la reducción de Cu2 + Cu y al metal chapado de metal que sobre el electrodo de Cu . En el medio de las células del ánodo , el ánodo de Cu se oxida a Cu2 + y , por lo tanto , disuelto en la solución , haciendo que la célula de ánodo más concentrada .
Con el fin de calcular el potencial de la célula para concentraciones de hasta especificados ( 0,01 M y 1 M ) a 25 º C , se utiliza la ecuación de Nernst :
E = E ° - ( 0,059 / n ) log Q = 0.058 V
Las células de concentración son un caso interesante de las células , donde se produce ninguna reacción química neta . Los números de cobre e iones sulfato en el sistema no cambia , es la distribución de estas especies en la celda que proporciona la fuerza impulsora. Desde el punto de vista termodinámico , dos soluciones con diferentes concentraciones se difundirán uno a otro con el fin de llegar a una concentración uniforme . Poner electrodos de cobre en las soluciones ofrece un método alternativo para lograr el mismo fin. Un electrodo puede liberar un ion + Cu2 en la solución diluida ; los electrones producidos de esta manera entonces viajan a través de los cables hacia el otro electrodo , y un ión Cu2 + se retiran de la solución concentrada , reducido a un átomo de cobre y se sembraron en el electrodo . Ambos eventos son simultáneamente .

Experimento 1
El propósito de este experimento consiste en medir la transferencia de masa en el caso de una celda de concentración de difusión .
Materiales
• La solución de sulfato de cobre 1 M,
• La solución de sulfato de cobre de 0,01 M
• dos recipientes de PVC ( como en la figura 1 - sección ) , con electrodos de cobre , grifos que pasan y la posibilidad de conexión a través de un filtro de membrana o una capa más gruesa .
En el experimento los recipientes fueron de 2 litros de volumen y la membrana de filtro utilizado fue un 0,22 micrómetros de tamaño de poro de nylon . Un contenedor se llenó con una solución de 1 M y la otra con un 0,01 M de CuSO4 . Se abrieron los grifos de sistema ( fig. 1 ) y el potencial se midió con el fin de comprobar la predicción real ( ecuación de Nernst ) ; aún más el sistema se cortocircuitado y se dejó durante una semana con el fin de equilibrar las concentraciones en ambos compartimentos . Después de este tiempo ambos electrodos se pesaron con una balanza de precisión y se utiliza de nuevo para otra semana , llenar los recipientes con soluciones frescas . Al final de la segunda semana de nuevo ambos electrodos se pesó de nuevo y el procedimiento de formación de una nueva celda de concentración se repitió . Todo el procedimiento se repitió para la tercera semana de nuevo.

Figura 1 . Difusión detalles de células de concentración

Durante estas 3 semanas de las concentraciones de equilibrio no hubo ninguna transferencia de masa entre los electrodos de cobre . En el electrodo sumergido en solución concentrada de CuSO4 , en el tiempo de la CuSO4 azul se adhieren al electrodo y la masa de este electrodo se incrementa un poco ( aproximadamente 1 g ) . Si el electrodo se lava con agua pura , la masa final de electrodo es el mismo como uno inicial .
El aumento de la masa del electrodo que se encuentra en la solución diluida es de aproximadamente 0,3 g . Una vez más por simple lavado de la masa de este electrodo permanezca invariable . El aumento de los electrodos de masa es causada por CuSO4 que se adhieren al metal proporcional con su concentración en la solución y no debido a otros procesos .
En el experimento , las masas de los dos electrodos se midieron con el fin de evitar los errores experimentales . Un transporte de masa de Cu debe darnos una correlación entre una eventual disminución de la masa del electrodo y aumento de otro.

interpretación Experiment
¿Cuáles son las predicciones de la química física de hasta presentada experimento? Para ser más precisos lo que debe ser la masa teórica de cobre transportado ?
Si ánodo genera un catión Cu , otro anión sulfato debe pasar la membrana con el fin de tener la neutralidad de la solución y, simultáneamente, un átomo de cobre se deposita en el cátodo . La concentración final de las dos soluciones es de aproximadamente 0,5 M ( la concentración inicial del compartimiento del ánodo se descuida ) . A fin de tener una concentración de sulfato de 0,5 M en compartimiento del ánodo , la cantidad de cobre que se libera en 2 litros de solución debe ser igual a 1 mol , lo que significa 63,5 g . Por otro lado la masa de cátodo debe aparecer aumentado con 63,5 g .
Como masa inicial de electrodos fue de 25 g , normalmente después de una semana uno de los electrodos debe ser disuelto en la solución y la masa del segundo electrodo se debe aumentar con la cantidad correspondiente.
A medida que la solución se cambia una vez por semana por tres veces , en teoría , la cantidad total de cobre desplazados debe ser aproximadamente 190 g . Es imposible no ver esta transferencia de masa , incluso a simple vista .
La realidad experimental es completamente diferente . Excepto el material CuSO4 que se adhiere a los electrodos , no se observa ningún aumento de la masa de cobre para un electrodo y sin disminución de masa para el otro electrodo .
El arriba presentado cálculo se realizó teniendo en cuenta en la celda de concentración de trabajo con un rendimiento del 100 % . Por supuesto, hay una difusión de Fick entre los compartimentos que disminuye la transferencia de cobre. En caso de una celda de concentración de trabajo con un rendimiento de 0,1 % ( lo cual es absurdo porque las células se reconoce que tienen un mejor rendimiento luego otros procesos termodinámicos ) , en una sola concentración de equilibrio debe aparecer una transferencia de masa de 0,1 * 63,5 = 6 , 35 g .

Experimento 2

El propósito de este experimento es analizar cómo funciona una celda de concentración puente de sal .
Materiales:
• La solución de sulfato de cobre 1 M,
• La solución de sulfato de cobre de 0,01 M
• dos pequeños contenedores con electrodos de cobre ,
• un puente de sal hecha por saturar un pedazo de algodón en una solución de CaCl2 y otra hecha con agar agar y CaCl2 . El uso de CaCl2 en el puente de sal en lugar de KCl está motivado sólo por las posibilidades analíticas simples de determinación de Ca .
Dos células concentraciones se acumulan con los puentes de sal hasta que se presentan y sus potencialidades son medidos . Después de esta operación , los electrodos de Cu se ponen en corto circuito con un conductor metálico sencilla con el fin de prisa los procesos electroquímicos como en la fig . 2 .

Figura 2 . Sal puente detalles células de concentración
La diferencia de potencial entre los electrodos se midieron después de 3 , 5 y, finalmente, después de 8 días de continua cortocircuito células .
En caso de agar - agar puente de CaCl2 , la diferencia de potencial se mantuvo la misma como la inicial ( E ' = 0,048 ) después de esta intervalos de tiempo . Las mediciones de las concentraciones de Cl y Ca en ambos compartimentos , indican un nivel de su concentración por debajo del límite de detección química ( sin precipitación con AgNO3 y H2SO4 , pocas ppm detectado con métodos más específicos ) .

En caso de puente de sal de algodón en el mismo intervalo de tiempo hay una disminución de potencial de la célula con aprox . 0.002 V después de 3 días, con aprox . 0.007 V después de otros 5 días, después de 8 días de la variación del potencial era de 0,01 V (valor inicial fue de 0,046 V ) . Tanto Ca y Cl especies se detectaron en los compartimientos de ánodo y cátodo mediante precipitación con AgNO3 y H2SO4 . Un procedimiento analítico normal se siguió para la medición de sus concentraciones y se encontró que :
Ánodo [ Ca ] = [ Cl ] / 2 = 1,74 M / L
Cátodo [ Ca ] = [ Cl ] / 2 = 1,67 M / L
Los valores absolutos de Ca y Cl en las especies ánodo son un poco más altos que en la región de cátodo (probablemente debido al pequeño nivel diferente de la inmersión en la solución de puente ) .
Una vez más no hay transferencia de masa entre ambos electrodos ( electrodos después del lavado con agua limpia tienen la misma masa que los iniciales ) .

interpretación Experiment
En la medida de las masas de los electrodos se mantienen constantes , las mismas consideraciones que se presentan en el primer experimento se repetirán aquí .
Más importante para la fundación de la química es el análisis de los fenómenos físicos y químicos que debería tener lugar en el cátodo y el ánodo . ¿Por qué los iones de cobre deben reducirse en el caso de la solución concentrada y el cobre debe ser oxidado en solución diluida ? ¿Por qué no hay fenómeno opuesto , más precisamente Cu2 + de la solución diluida reducido y en caso de disolución concentrada Cu metálico oxidado ?
Son direcciones de las reacciones químicas dictadas por gradiente de concentración en el último tiempo en la química ?
A partir de la química bajo nivel es bien sabido que un proceso de oxidación se lleva a cabo en presencia de un agente reductor .
Por ejemplo Cu metal puede ser oxidado por un agente oxidante como el oxígeno o el ácido nítrico . Por otro lado una reducción de Cu2 + necesita un agente de reducción como el hidrógeno , etc ecuaciones para las reacciones son
2 Cu ( s ) + O2 ( g ) - > 2 CuO ( s )
CuO ( s ) + H2 ( g ) - > Cu ( s ) + H2O ( g )
Por contrario a este comportamiento bien conocido de cobre , una simple difusión de iones ( sin ningún tipo de procesos químicos de acuerdo con la interpretación real ) en el caso de una célula puente de sal es capaz de producir una oxidación de Cu a un electrodo y la reducción de Cu2 + para otro electrodo . Esta explicación real es completamente inexacta y en contradicción con los resultados experimentales .

Conclusiones
La explicación aceptada actual no es capaz de dar una explicación coherente de , cátodo y ánodo de " transferencia de masa en el caso de las células de concentración. Además no hay una explicación coherente para el fenómeno de la oxidación y la reducción de dictado por un gradiente de solución . Una nueva explicación para la generación de energía eléctrica tiene que ser propuesto .

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Sent: Wednesday, May 29, 2013 6:12 PM
Subject: ChemComm - Decision on Manuscripts ID CC-COM-05-2013-043664, 043842, 043956 and 043995

  29-May-2013

  Dear Dr Cosofret:

  MANUSCRIPT ID: CC-COM-05-2013-043664
TITLE: Under voltage electrolysis and foundation of exact sciences
AUTHORS: Cosofret, Sorin

  MANUSCRIPT ID: CC-COM-05-2013-043842
TITLE: Concentration cell and foundation of electrochemistry
AUTHORS: Cosofret, Sorin

  MANUSCRIPT ID: CC-COM-05-2013-043956
TITLE: Volta Battery and the basis of electricity
AUTHORS: Cosofret, Sorin

  MANUSCRIPT ID: CC-COM-05-2013-043995
TITLE: Can electrodes double oxidation phenomena generate an electric current?
AUTHORS: Cosofret, Sorin

  Thank you for your submissions to ChemComm, which I have read with interest. I regret to inform you however that this manuscript will not be considered further as a submission to the journal. All manuscripts submitted to ChemComm are initially evaluated by the Editors to ensure they meet the essential criteria for publication in the journal. I'm sorry to say that on this occasion your articles will undergo no further processing.

  In the justification accompanying manuscript CC-COM-05-2013-043664, you mention that the article is already part of a published book. As the content is already published and in the public domain, we cannot consider it for publication in ChemComm as it is a breach of the terms of our Licence to Publish, in particular Section 2, which states that:

  (c) the Work has not been and will not prior to publication by the RSC be published, with the sole exception of
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  Furthermore, we do not feel that that a series of stand-alone experiments warrants publication as a series of communications.

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  I am sorry not to have better news for you. Thank you for giving us the opportunity to consider this work; we wish you every success should you decide to submit the article elsewhere. Thank you for your interest in ChemComm.

  Yours sincerely,

  Ellie

  Dr Eleanor A. Merr