Anreicherung von Wasser?
kann ich aus Leitungswasser oder anderen Wasserquellen wie Flüssen Deuteriumwasser mithilfe von Elektrolyse gewinnen?
Wenn ja, welche Spannung und Stromstärke müsste ich dafür anlegen?
4 Antworten
Das geht, ja. Liegt am kinetischen Isotopeneffekt. Bedeutet dass die D-O Bindung stärker ist als die H-O Bindung und letztere entsprechend eher bricht (z.b. eben bei einer Elektrolyse).
Die Gewinnung ist aber aufwändig und erfordert spezielle Gerätschaften, weil du Spannung und Strom gezielt genau einstellen können musst. Außerdem ist der entstehende Wasserstoff nicht ganz ungefährlich.
Unwahrscheinlich. Zumal man mit der Elektrolyse von Wasser vielleicht nicht unbedingt seine Experimentierkarriere starten sollte. Am besten mit was einfachem ungefährlichem anfangen.
mein Chemie Lehrer hat gemeint ich könnte sowas bei Jugend forscht machen und dort kommt man auch an die Geräte
Ja die Frage ist halt was das für ein Elektrolyse-Apparillo dann ist. Mit so 0815 Dingern wirst du da auch in die Röhre schauen. Zumal du ja das Volumen vom Wasser auf 1:7000 reduzieren musst. Soll heißen, wenn du 1 Liter elektrolysierst, bleiben optimistisch geschätzt 0,1 mL schweres Wasser übrig.
Das Ziel des Projekts ist es vorerst eigentlich um die 10ml Deuteriumwasser zu gewinnen
Könnte ich nicht auf eine kombinierte Methode aus Destillation und Elektrolyse zurückgreifen?
Ich kann mir vorstellen dass es energieeffizienter ist zuerst mithilfe der Destillation grob anzureichern und anschliessend die Elektrolyse durchzuführen
Der Unterschied im Siedepunkt zwischen H2O und D2O sind 1,4 °C. Das ist selbst für geübte Laboranten nicht leicht, sowas durch Destillation vernünftig zu trennen.
Weißt du wie man das macht?
Leider nein,ich habe nicht wirklich Erfahrung bei der Destillation, aber könntest du mir erklären wo genau bei diesem Vorgehen die Schwierigkeit liegt?
Und wäre es effizienter als die Elektrolyse?
Naja, eine vernünftige Trennung bei 10 °C unterschiedlicher Siedetemperatur ist schon nicht ohne. Das Problem ist zum einen, dass du die Temperatur im Gefäß nicht wirklich präzise regulieren kannst. Das führt dazu, dass beide Stoffe mehr oder weniger gleichzeitig in die Gasphase gehen und du damit eine sehr unzureichende Trennung hast. Deswegen behilft man sich dabei mit einer Vigreux Kolonne. Die sorgt für eine verbesserte Trennung, dafür muss man aber auch höher heizen, um die Substanz durch die ganze Apparatur zu bekommen.
Auch ein Problem wird sein, dass du rein optisch nicht verifizieren kannst, ob du überhaupt eine Trennung erzielst.
Ob das effizienter als die Elektrolyse ist kann ich nicht beurteilen.
Vielen Dank für all die wichtigen Infos, ich werde morgen einfach meinen chemie Lehrer Fragen was sich machen lässt
Mein Lehrer meinte er findet das Projekt super und unterstützt es
Ich werde ein schonmal alles bekommen was ich für die chemischen Prozesse brauche,ein Gerät mit dem man Spannung und Stromstärke justieren kann,Elektroden usw
Ich werde mir übers Wochenende Gedanken über unser Vorgehen machen und dann am Montag mit den Lehrern alles organisieren
Habt ihr eine Möglichkeit zu überprüfen wie hoch der D2O Gehalt dann ist?
das habe ich tatsächlich noch garnicht gefragt
Ich weiss nur dass Deuteriumwasser um ca 10 Prozent dichter ist als normales Wasser und auch etwas viskoser ist
Wie man allerdings den genauen Gehalt des d2o zu prüfen ist mir nicht bekannt
Ausserdem: sollte ich das Wasser vor der Elektrolyse demineralisieren?
Dann würde ich mal recherchieren, wie du das am besten bewerkstelligen kannst. Das wär ja wichtig.
Demineralisieren ist glaube eher keine so gute Idee. Reines Wasser leitet quasi keinen Strom, deswegen blockierst du dor damit die Elektrolyse. Allerdings kannst du auch nicht einfach Leitungswasser nehmen, weil die Ionen da potentiell störend sind. Für die industrielle Elektrolyse benutzt man ein Salz als Elektrolyten, ich weiß aber grad nicht auswendig welches, da müsstest du auch mal schauen. Also generell zu der ganzen Prozedur.
also meine Idee sieht folgendermaßen aus:
Ich werde am Montag mit meinem chemie Lehrer alles klären,welche Geräte ich genau brauche etc
Ausserdem kenne ich jemandem,der bei der BASF in userem Ort Chemiker ist,von ihm werde ich mir auch noch wichtige Infos holen
Für die Elektrolyse würde ich BROXO 6-15 in das Wasser geben, das Ist neben der Wasserenthärtung in entsprechenden Anlagen, auch für die Elektrolyse geeignet und enthält keine Rieselhilfe
Am besten wären wohl Platin Elektroden für die Elektrolyse
Die verschiedenen Methoden für die Anreicherung von Wasser habe ich miteinander verglichen und sie nach Komplexität, Gefährlichkeit und Energieeffizienz geordnet
Ich habe mir die Destillation, Elektrolyse und den Girdler-Sulfid Prozess angeschaut
Den Girdler-Sulfid Prozess habe ich aussortiert, da ich erstens nicht im industriellen Maßstab schweres Wasser herstellen will, zweitens der Aufbau kompliziert ist und drittens der Schwefelwasserstoff der dafür benötigt wird nicht ungefährlich ist
Die Destillation habe ich vorerst wegen der Schwierigkeit der Regulation der Temperatur ausgeschlossen, somit bleibt mir nur die Elektrolyse
Unser Ziel ist es vorerst etwa 10ml schweres Wasser zu gewinnen, weswegen ich um die 90L Wasser mithilfe der Elektrolyse trennen müsste
Dazu werde ich mit meinem Partner das Wasser des Flusses der durch unseren Ort verläuft nutzen
Den Strom für die Elektrolyse könnten unsere Solaranlage liefern, die eine peak Leistung von etwa 8kwh generiert
meinst du ich soll es filtern?
wie finde ich heraus wie viel salz ich in das wasserbecken geben muss?
Muss es einfach gesättigt sein
Mein Chemielehrer meinte auch man könnte das dann weiter ausbauen,also nach der elektrolyse wenn ich erfahrung gesammelt habe Destillation in betracht ziehen
Natürlich. Das ist unfassbar dreckig xD und da wied mit Sicherheit auch einiges an mineralien drin sein. Da wärs sinnvoller einfach normales Wasser zu demineralisieren.
Ne, gesättigt nicht. Wie gesagt, orientier dich am industriellen Prozedere. Da muss sich eig was zu finden wie viel da rein sollte
wenn ich auf salzwasser elektrolyse anwende, entsteht dann nicht chlor?das würde doch dann auch die elektroden zerfressen oder?
Ich werde am Montag diesen Chemiker der BASF fragen wie viel Salz ich für eine industrielle Elektrolyse dem Wasser beifügen muss
Ja, deswegen darfst du auch kein Salz verwenden, das Chlor enthält. Und dass das die Elektroden angreift ist dabei dein geringstes Problem.
Ich hätte eine Frage zur Spannung bei der Elektrolyse:
Wie berechne ich die benötigte Spannung die ich bei der Elektrolyse anlegen muss, also welche Faktoren spielen da eine Rolle
Ich weiß das die Protium-Sauerstoff Bindungen eine Zersetzspannung von 1,24V haben, wie verändert sich aber diese Spannung bei einer bestimmten Menge Salz und der Menge an Wasser die durchflossen werden muss und wie berechne ich die letztendlich benötigte Spannung
Überspannungseffekte kommen nicht direkt vom Wasser oder Salz, sondern von kinetischen Faktoren wie Widerstände der Platinen, Adsorption der Reaktanden etc.
Tabelliert ist das hier in Abhängigkeit des Elektrodenmaterial https://de.m.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberspannung_(Elektrochemie)
Eine exakte Berechnung ist damit aber trotzdem nicht möglich, sondern nur ein Richtwert und ein bisschen probieren wirst du schon müssen.
Guck mal da: https://de.wikipedia.org/wiki/Girdler-Sulfid-Prozess
Größere Mengen Schwefelwaserstoff sorgen sicher für Freude, wegen des Geruchs und der hohen Giftigkeit. Auf der anderen Seite müsstest du für eine Elektrolyse, die nicht sauber trennt, sondern nur anreichert, Unmengen Energie vergeuden.
Ein Schulversuch in der 9. Klasse hat zudem das Problem, dass du das Deuterium auch nachweisen müsstest, du kannst ja nicht einfach irgendwas behaupten.
Klar, ein Eiswürfel aus schwerem Wasser geht in normalem Wasser unter, aber solche Mengen musst du erst mal zusammen kriegen.
auf die Frage welche Spannung und Stromstärke ich bi der Elektrolyse bräuchte konnte ich auch online keine antworten finden
Theoretisch ist die Zersetzungsspannung 1,24 V. Weil die Reaktion gehemmt ist, wirst du in der Praxis wohl 2 V brauchen, nennt sich Überspannung. Hängt natürlich auch stark vom Elektrodenmaterial ab, für Wasserstoff eignet sich Platin.
Die Stromstärke richtet sich nach der Menge, die du pro Zeit zersetzen willst, oder umgekehrt. Bei großen Stromstärken brauchst du auch große Elektrodenflächen, sonst treten ungewollte Nebeneffekte ein, wie z.B. die Bildung von Peroxodischwefelsäure, die sich zu Peroxomonoschwefelsäure zersetzt, bekannt auch als Piranhasäure.
Generell halte ich von diesem Schulversuch nicht viel, weil die Elektrolyse nur leicht anreichert. Nicht umsonst haben die Deutschen damals in einer Nacht-und Nebel-Aktion ein Elektrolysewerk in Norwegen überfallen, in dem Deuterium schon etwas angereichert war. Gibt glaub ich auch einen Film darüber.
Daher auch mein nicht 100%ig ernst gemeinter Hinweis auf den Girdler-Prozess.
könnte ich nicht auch kupferelektroden verwenden?Müsste ich dann nur die Spannung anpassen oder gibt es dann auch Nebeneffekte?
An der Kathode, wo Wasserstoff entsteht, könnte Kupfer gehen. Eine Anode aus Kupfer dürfte sich auflösen, anstatt Sauerstoff zu erzeugen. Wenn du das etwas länger laufen lässt hast du dann einen prima Versuch zur elektrolytischen Raffination von Kupfer, ist ja auch was.
das bedeutet ich könnte mit einer Spannung von 2v mit einer Kathode aus Kupfer und einem anderen Material ,zb Platin eine Elektrolyseapparatur bauen?
Sollte hinhauen, und sicher findest du dazu jede Mange Infos im Netz.
Aber nochmal, das ist dann nur die Elektrolyse, allgemein bekannt, und noch keine wesentliche Deuterium-Anreicherung. Ohne eine Stromrechnung im 4- oder 6-stelligen Bereich wird das wohl auch kaum was.
Das Problem bei der Girdler Sulfid Methode ist doch die Umsetzbarkeit wenn ich das richtig verstehe,ich kann mir ja schlecht eine Anreicerungsanlage im industriellen Maßstab zusammenbauen,da würde doch die Elektrolyse besser funktionieren, ehrlich gesagt kann ich mir bei der girdler methode auch keine Versuchsaufbau vorstellen
Nein, die Elektrolyse trennt nur Wasserstoff und Sauerstoff. Der Anteil Deuterium (schwerer Wasserstoff) verändert sich im so erhaltenen Wasserstoff nicht.
Ich dachte man könnte durch die Elektrolyse das leichte vom schweren Wasser trennen, eigentlich wollte ich für ein Projekt Deuterium extrahieren
Leider nein, guck mal hier:https://www.chemie.de/news/162128/ein-filter-fuer-schweren-wasserstoff.html
Ich bin jetzt etwas verwirrt, weil ich vor ein paar Stunden ein Video zur Deuteriumextraktion auf Youtube gesehen habe, in welchem folgendes Behauptet wird
"wenn wir gewöhnliches Meerwasser nehmen und einen langen Prozess der Elektrolyse oder Destilation durchführen, können wir es auf diese Weise anreichern und die Konzentration von schwerem Wasser darin erhöhen"
"bei der Elektrolyse verflüchtigt sich der leichte Wasserstoff und das Deuterium bleibt in der Lösung"
das Video heißt: Extraktion von reinem Deuterium aus schwerem Wasser
von ThoisoiDE
in besagtem Video wird zwar kein schweres Wasser hergestellt,jedoch wird gesagt man könnte durch die Elektrolyse von regulärem Meerwasser den Anteil an schwerem Wasser darin erhöhen, weswegen ich davon ausgegangen bin, dass ich ja auch zuerst reguläres Wasser anreichern könnte um schweres Wasser und daraus Deuterium zu gewinnen
Indirekt ja, schweres Wasser bleibt bei der Elektrolyse etwas zurück, sodass es sich langsam anreichert. https://www.chemie.de/lexikon/Schweres_Wasser.html#:~:text=5%20Israel-,Gewinnung,Wasserstoff%20und%20Sauerstoff%20gespalten%20wird.
Bei Norsk Hydro in Rjukan in Norwegen wurde im 2. WK u.a. Wasserstoff durch Eletrolyse von Wasser hergestellt. In der restlichen Flüssigkeit der Elektrolysezellen reicherten sich nach Wochen und Monaten das D20 und HDO an und die wurden dann weiter auf reines D2O aufgearbeitet. Das Ganze ging aber nur, weil man ein riesiges Wasserkraftwerk mit Unm,engen an billigem Strom zur Verfügung hatte.
Darüber gabs u.a. einen Spielfilm (Der Kampf um das schwere Wasser), das heute stillgelegte Kraftwerk kann man besichtigen.
Das bedeutet ich werde als Schüler der neunten Klasse wohl nicht an solche Geräte kommen, oder?