ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ ВОДЫ НА МЕТАЛЛАХ И КАТАЛИЗАТОРАХ Ц Взаимодействие металлов с водой из "Физико химические основы процессов получения водорода из воды" Взаимодействие металлов с водой, кислотами и щелочами определяется положением водорода в ряду напряжений. [c.11] Элемент Стандартный потенциал, Ео 9леме1гг Стандартный потенциал, Ео Элемент Стандартный потенциал. [c.11] Сродство к отрицательному заряду в ряду увеличивается сверху вниз наоборот, склонность к переходу в положительное ионное состояние увеличивается при переходе от благородных металлов — золота, серебра — к менее благородным — щелочноземельным и щелочным. Поэтому водородные ионы отдают свой положительный заряд всем элементам, стоящим выше водорода, и притом тем легче, чем дальше эти элементы стоят от водорода. [c.11] Такая закономерность для сильных кислот обычно соблюдается, если нет явлений нассивирова1ния аиеталлов и перенапряжения. Пассивирование связано с поверхностным окислением и устраняется восстановлением и механическим удалением окис-ного слоя. Поэтому степень дисперсности металла сильно сказывается на интенсивности выделения водорода из раствора, содержащего водородные ионы. [c.12] Поэтому водород по отношению к воде будет в ряду напряжений занимать место между железом и кадмием, имеющими стандартные электродные потенхщалы соответственно -1-0,44 и -1-0,40. [c.12] Чистая вода содержит помимо водородных ионов соответствующее число гидроксильных ионов (Н+) = (ОН ). Причем величина ионного произведения Ку = (Н+) (0Н ) остается постоянной не только в воде, но и в любом водном растворе, включая растворы кислот (избыток Н+) и оснований (избыток 0Н ). [c.12] При взаимодействии элемента, стоящего в ряду напряжений выше водорода, с водой водородные ионы отдают свой заряд образующимся металлическим ионам, и последние, встретив гидроксильные ионы, образуют с ними гидроокись металла. [c.12] Если гидроокись металла хорошо растворима в воде, то реакция продолжается до полного израсходования металла. [c.12] Плохо растворимая гидроокись покрывает металл защитным слоем, препятствующим проникновеиию к нему водородных ионов. В последнем случае реакция взаимодействия металла с водой прекращается и тем скорее, чем меньше растворимость оболочки из гидроокиси. [c.12] Щелочные металлы, гидроокиси которых хорошо растворимы в воде, бурно вступают во взаимодействие с холодной водой и выделяют из нее водород. [c.12] Иная картина наблюдается, если брать пары металлов. Если алюминий связать с более благородным металлом, например с ртутью, то образуется гальваническая цепь, в которой гидроксильные ионы будут разряжаться у алюминия, а у ртути — более отрицательного элемента — будет выделяться водород. В этом случае гидроокись алюминия имеет рыхлую структуру и не препятствует доступу водородных ионов к алюминию. Амальгамированный алюминий выделяет водород из нейтральных растворов воды. Аналогично взаимодействует с водой пара медь—цинк , которая состоит из цинка, покрытого медью. [c.13] Такие пары металлов будут взаимодействовать с водой тем энергичней, чем дальше друг от друга расположены металлы в ряду напряжений, т. е. чем больше будет разность потенциалов. Таким образом, примеси, паходяхциеся в металлах, могут оказывать сильное влияние на. интенсивность выделения водорода. Поэтому на чистых металлах выделение водорода происходит медленней, чем на металлах, имеющих примеси. [c.13] Если же металл дримесь вступает в соединение с основным металлом, то очень трудно определить, какое место эта пара займет в ряду напряжений. Например, водород по отношению к воде стоит в ряду напряжений ниже железа и цинка, и, казалось бы, цинк и железо должны растворяться в воде, однако этому мешает явление перенапряжения. Железо, цинк, никель и другие металлы, которые не растворяются в воде и взаимодействуют с ней при высоких температурах, выступают в роли восстановителей. [c.13] Очевидно, чем меньше теплосодержаяие при реакциях взаимодействия металлов с водой, тем ниже температура, при которой может быть достигауто полное превращение воды в водород. Величина же теплосодержания реакции находится в прямой связи с теплотой образования окисла металла, характеризующей сродство металла к кислороду. [c.14] Наибольшим сродством к кислороду обладает магний, вступающий энергично во взаимодействие с водой, наименьшим — благородные металлы (ртуть и серебро). Сродство элементов к электрическому заряду изменяется не вполне параллельно их сродству к кислороду. Это вызывается различной природой превращений, которые претерпевает металл при переходе в ионное состояние или окисел. Если судить о применимости того или иного металла для получения водорода только по их способности разлагать воду, то металлы, стоящие слева в ряду напряжений, будут наилучшими, так как обладают наибольшим сродством к кислороду. [c.14] Однако при создании реальных процессов получения водорода необходимо учитьгаать обратимость дефицитного сырья, возможность его использования в ряде последовательных стадий. Если, например, для восстановления воды использовать уголь, как это осуществляется в процессе получения водяного газа, то и уголь, и вода расходуются необратимо, и в результате реакции получается смесь окнш углерода и водорода (СО + Н2). Чистый водород этим методом получить невозможно. [c.14] Такую организацию процесса можно допустить, если и уголь, и вода дешевые- Однако экономические расчеты показывают, что высокая стоимость угля делает этот процесс дорогим, поэтому в последние годы для получения водяного газа используются дешевые нефтепродукты. [c.14] Вследствие этих же причин не могут быть использованы для промышленного получения водорода реакции взаимодействия 1це-лочных и щелочноземельных металлов с водой (2Ка + 2НгО = = Нг + 2МаОН) или магния, цинка и др. (М -ЬНгО = H2- MgO). Гидроокись натрия трудно регенерировать простым методом и возвратить в процесс, а для того, чтобы восстановить окись магния, имеющую большую теплоту образования, необходимы высокие температуры и большие расходы тепла. [c.14] Поэтому не случайно в качестве исходного сырья для осуществления периодического железо-парового процесса выбрано железо. Железо взаимодействует при высоких температурах с парами воды, образуя окислы, которые примерно при этих же температурах восстанавливаются газовыми и твердыми восстановителями (СО, Нг, СН4, С и др.). Это дает возможность легко регенерировать металл и снова направить его в процесс. [c.14] Работы, проводавшиеся по разложению воды смесью различных металлов, показали, что добавки к железу примесей других металлов ускоряют реакцию и способствуют разрыву водород-кислород-вой связи воды, что позволяет снизить температуру процесса. Большую роль при этом играет удельная поверхность контакта. [c.15] Вернуться к основной статье