Некоторые свойства графита (07.07.2016). Печать
2016 - Июль
07.07.2016 20:36
Save & Share
В эксперименте со снятием ржавчины графит разрушался спустя несколько часов после работы при 24В/1.5А. Нужно было разобраться, что не так. Почему графит: единственный инертный компонент (химически не реагирует ни с какими веществами). Стоит дорого, но легко достается из использованных солевых батареек, карандашей и троллейбусных щеток.

Провел электролиз воды как тест на разрушение графита. В целом получились более чем интересные результаты:
- чем менее минерализована вода, тем больше ее сопротивление. В итоге при подаче 24В через электроды в водопроводной воде зафиксирован ток всего 24.5мА. Однако есть и другие параметры, влияющие на ток: наименьшая площадь поверхностей электродов. Использовался покупной толстый графитовый стержень как катод и вытащенный из карандаша тонкий как анод. Как только поставил анодом такой же толстый - скорость реакции резко возросла, увеличилось количество выделяемого кислорода;
- от переменного напряжения электролиз не пошел. От импульсного - идет (переменное 139В с ЛАТРа через диод 2Д202В резко увеличило газовыделение, ток 110мА). Отмечается советское качество: диод рассчитан на 70В, а не пробивается при 139В (и даже при 153В);
- графит, независимо от природы (из батарейки, карандаша, купленный непосредственно или снятый с троллейбусных щеток), имеет склонность к разрушению до порошкового вида. Да, графит инертен - ни с чем не реагирует химически. Но физическая природа графита - это порошкообразное состояние (его прессуют и продают как палочки, и сам графит пачкает руки). Поэтому наблюдался процесс разрушения электрода на аноде до осадка/взвеси в воде. Катод визуально остался почти целым;
- однако в случае с электролизом кальцинированной соды графит разрушается много быстрее. Очень возможно, причина связана с током в 13.6 раза большим;
- объем выделяемого водорода в 2 раза больше, чем кислорода - это в теории. Но на практике не совпало: водорода выделялось много больше (уж не в 8 раз ли);
- уронил в емкость кусочек графита. И на нем, лежачем на дне без контакта, при электролизе крайне медленно выделялся газ;
- вода крайне сильно нагрелась в верхней части тары, при этом внизу оставаясь полностью холодной. Электроды при этом одинаковой температуры. Возможно, дело в превышении способности электродов генерировать газы - и энергия уходит в виде тепла в воду между анодом и катодом (перебор по напряжению);
- интересно, можно ли насытить воду кислородом или водородом (углекислым газом же насыщают). Тогда такую воду могут продавать шарлатаны как "целебную";
- количество воды визуально почти не уменьшилось за несколько часов электролиза при 139В. Сколько же в воде кубометров основных газов?! 1.87м3 в каждом литре в пересчете на 100%-ый гремучий газ...

Вывод: графит все-таки разрушается, существуют катализаторы его разрушения, пока неизвестные. Химически инертный, дорогой - но разрушающийся компонент при электролизе в роли анода. А еще из него можно делать искусственные алмазы: нужны лишь высокая температура и давление. Так что в ювелирных магазинах не 1, а 2 вида подделок: поддельные бриллианты и искусственно созданные. А впаривают как природные, добытые в шахтах.

(добавлено 09.07.2016) Вымачивание графита в воде оказывает на него слабое разрушающее действие (вымоченный 24 часа графит-анод несколько быстрее разрушался при электролизе воды). Графит не разрушается в горячих растворах кальцинированной соды или едкого натра - однако при запуске электролиза разрушается в данных средах.

А еще провел электролиз соленого раствора воды (графит так же там не разрушался). Предпринял все меры безопасности. И вот, на открытом балконе подаю напряжение и наблюдаю за реакцией. Т.к. раствор сильно минерализован - лучше проводит электричество, и при 12В пошел ток аж 8А. И тут из емкости начинают подниматься в воздух на расстояние примерно 1.5м клубочки желто-зеленоватого газа - хлор в чистом виде. Яйца сжимаются при виде убийцы солдат первой мировой на расстоянии метра от себя (через стекло).

А убило меня другое:
- оказывается, крепкий раствор поваренной соли может обжечь ткани. Причем он проникает через кожу (всасывается) и начинает жечь ткани под кожей. Неприятно и удивительно, с учетом того, что раствор должен был, наоборот, вытягивать воду. Или же он так и делает, а ткани краснеют из-за повышения гематокрита (что более вероятно);
- графит разрушается при электролизе кальцинированной соды, которая распадается на едкий натр и угольную кислоту. Просто в растворе Na2CO3 не разрушается, просто в растворе NaOH - аналогично. Остается только H2CO3. Но без электролизера эта кислота неустойчива и сама начинает распадаться;
- графит инертен не ко всему. Реагирует со фтором и серой при НУ. При 600-700 градусах взаимодействует с кислородом. Реагирует с водородом при НУ, но только с никелевым катализатором. Реагирует с металлами, образуя карбиды. При высоких температурах (>200 градусов) реагирует с водой и оксидами металлов. При нагревании реагирует с серной и азотной кислотой.

Так что вопрос "что и как растворяет графит при электролизе кальцинированной соды" - великая загадка.

(добавлено 10.07.2016) Такое ощущение, что промышленным способом хлор получают именно электролизом раствора или расплава поваренной соли. Выдержка из книги (Стендер В.В. "Прикладная электрохимия" / Украина: Харьков, Из-во ХГУ им. Горького, 1961 г., стр. 65): "...в промышленных условиях на тонну хлора затрачивается от 3 до 8 кг графита". Это 311526.5 литров газа (38.9-103.8л/г); что подтверждает мой опыт, что графит при электролизе раствора поваренной соли разрушается крайне слабо.

Нашел информацию, что графит разрушается при повышении плотности тока (Волков Г.И. Производство хлора и каустической соды методом электролиза с ртутным катодом / Москва: Химия, 1968 г., стр. 64). Увеличение напряжения увеличивает силу тока, что повышает плотность тока. Графитовый стержень разрушается много сильнее с напряжением 24В при электролизе кальцинированной соды - нельзя подавать напряжение более 12В. А вот при электролизе раствора NaCl электроды не разрушались даже при подаче переменных 240В через диод.

А вот и косвенный ответ: "Скорость разрушения графитовых анодов возрастает с повышением содержания карбоната натрия в расплавленном электролите" (Кубасов В.Л. Электрохимическая технология неорганических веществ / Москва: Химия, 1989 г., стр. 221). В моем случае электролит и есть раствор карбоната натрия - поэтому при электролизе именно карбонат натрия разрушает анод. Причем так, что после выключения электролизера повреждения анода настолько велики, что он продолжает отслаиваться в раствор на протяжение длительного времени.

(добавлено 22.08.2016) В Википедии написано, что графит реагирует с множеством щелочных металлов и солей. Получается, он разрушался в растворе кальцинированной соды из-за того, что это щелочная соль.
Обновлено ( 03.10.2017 21:31 )