Условия окисления углерода

В принципе, любой окислительно-восстановительный процесс может дать свой гальванический элемент. Ведь каждая пара характеризуется своим окислительно-восстановительным потенциалом. Выбираем две такие пары, располагаем их как электроды, соединяем соответствующим образом и... элемент готов. Он будет работать. Существует только одна трудность – как сделать электрод. С металлами это не сложно. Погружаем, их в раствор их же соли, и электрод сконструирован. С некоторыми газами это также оказывается делом возможным. Но существует много других окислительно-восстановительных процессов, при которых конструирование соответствующих электродов совсем не просто.

Больше всего привлекают нас те окислительно-восстановительные процессы, в которых участвует топливо. Человек оценил их еще в глубокой древности, когда грелся у костра или горшка с углями. С какой легкостью сегодня мы записываем уравнения этих химических процессов. Топливо взаимодействует с кислородом воздуха, при этом образуется диоксид углерода, оксид углерода и вода. И как заманчиво конструировать гальванические элементы именно на основе этих химических процессов. Выше мы уже говорили, что при их традиционном использовании и превращении их энергии в электрическую достигается низкая степень использования, коэффициент полезного действия 35–45 %. А у гальванических элементов к. п. д. достигает 100 %. В них каждый электрон, участник окислительно-восстановительного процесса, движется по внешней электрической цепи, то есть участвует в переносе электрического заряда.

– Вот если бы создать такой гальванический элемент (называем его топливным элементом), который бы работал за счет окисления топлива...

– Эта идея не нова. Еще в 1880 г. русский ученый П. Н. Яблочков запатентовал топливный элемент, предназначенный для прямого превращения энергии, образующейся от сгорания углерода, в электрическую. Задача сводится к изготовлению такого элемента с углеродным анодом и кислородным катодом, который работал бы за счет непрерывного взаимодействия углерода с кислородом с образованием диоксида углерода. Однако создать такой элемент пока не удалось. Углерод не может переходить в раствор в виде ионов, как это могут металлы.

– Как же тогда сконструировать электрод.

– Предложений много. Одни предлагают использовать окисление углерода с помощью кислорода, который выделяется на аноде при работе гальванического элемента, другие прибегают к окислению косвенным путем. Давно поставленная перед наукой задача все еще не решена. И сейчас одно из основных направлений в работе электрохимиков всего мира – развитие теории топливных элементов.

Не знаю, обратили ли вы достаточное внимание на то обстоятельство, что электродный потенциал (по уравнениям Нернста и Петерса) в большой степени зависит от концентрации ионов в растворе. Не можем ли мы и из этого извлечь пользу? Раз электродный потенциал зависит от концентрации, то при погружении одного и того же металла в растворы его ионов различной концентрации можно получать различный электродный потенциал. Из таких электродов можно сконструировать и гальванический элемент. Называют его концентрационный гальванический элемент.


Полезное чтиво:
Способ концентрации ионов
Сухой гальванический элемент
Аккумуляторы
Электрический ток протекает в растворах электролитов?
Фарадей изучает электролиз
Явление электролитической диссоциации