Сульфат меди какой продукт реакции с алюминием

Эта работа была прислана на наш «бессрочный» конкурс статей.

Здравствуй, о оверклокер!!!

Тебе не даёт покоя мысль о том, что твой проц или видюха раскалены до предела? Есть только два выхода: убиться или охладиться. Я расскажу о втором. Да к тому же я расскажу не о совсем традиционном методе охлаждения. Я расскажу, как сделать медь из алюминия.

Сразу предупреждаю: материал чисто теоретический, я не проделывал этого дома (да и где бы то ни было), поэтому никакой ответственности я НЕ несу. Я хочу описать способ химического превращения алюминиевого радиатора в медный (начинай вспоминать химию). Нам понадобится вот что (ниже объясню подробнее):

1. Радиатор алюминиевый — 1 шт.
2. Купорос медный — полкило больше, чем достаточно.
3. Кислота или щёлочь (желательно кислота) — половина литра — больше, чем достаточно (будет раствор)
4. Ёмкость, устойчивая к воздействию кислоты.
5. Прибор для нагревания (газовая плита вполне подойдёт).
6. Оверклокер со своим собственным мозгом (головным), прямыми руками и немного свободного времени.

Где достать?

(1) ты можешь найти в комповом магазе или использовать свой старый. В цветочном или хозяйственном магазине ты найдёшь (2). В качестве (3) можно использовать уксусную кислоту, которою ты можешь найти в бутылке с надписью «уксус» или в продуктовом магазине (рекомендую второй вариант, так как в уксусе кислоты максимум 9%, а в кислоте — ближе к ста). Если найдёшь более сильную кислоту (серную, соляную и пр.) — хорошо, но будь аккуратнее (позже расскажу, почему). (4) — может быть стеклянной или керамической, но не пластиковой (металлическую тоже лучше не использовать). (5) дожен быть у тебя дома на кухне. (6) — ты (по идее), найти ты себя можешь там, где ты сейчас находишься.

План действий:

Подготовить растворы кислоты и купороса (отдельно). Опустить радиатор в кислоту, чтобы снять защитную плёнку с металла. Опустить радиатор в купорос, после чего на нём выделится медь. Подготовить радиатор к использованию. Всё.

Теория:

Любишь химию? Впрочем, это совершенно неважно. Химия — наука страшная, потому что тебе может оторвать руки, ноги, голову и прочие выступающие части тела… Шутка 😉 Сначала расскажу тебе немного о растворах.

Раствор кислоты не стоит делать очень насыщенным, особенно если кислота сильная (неорганическая). Если же использовать уксусную кислоту (её легче достать), то можно сильно не разбавлять. Дело в том, что кислота нужна для того, чтобы снять с металла оксидную плёнку, которая мешает взаимодействовать металлу с медным купоросом, который представляет из себя соль (кристаллогидрат, но об этом позже). Вот пример взаимодействия оксида алюминия с кислотой (в данном случае с соляной):

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

Формула уксусной кислоты: CH3COOH — на всякий случай.

Сначала была кислота и оксид, а стала вода и соль. Главное, что мне хотелось бы сказать — не передержите радиатор в кислоте, ведь сам металл тоже взаимодействует с кислотой, а этого нам не надо. Сначала поэкспериментируй с отдельными кусками алюминия, чтобы на глаз определить скорость протекания реакции. Замечу, что оксид алюминия — амфотерный оксид, то есть взаимодействует как с кислотами, так и с щелочами. Можешь попробовать щёлочь, но я бы не рекомендовал, а вот по какой причине: Твой радиатор, скорее всего, сделан не из чистого алюминия, а из сплава. Алюминий слишком мягкий, поэтому, скорее всего он сплавлен со сталью (железом). Оксид железа не будет взаимодействовать со щёлочью, так как, по-моему, он слабо амфотерный, либо вообще основный (реагирует только с кислотами). При взаимодействии медного купороса с железом пройдёт тот же процесс, что и при взаимодействии с алюминием, поэтому желанного результата (получение меди) мы всё равно достигнем.

Ещё хотел бы предостеречь: НЕ надо использовать концентрированную (более 60%) серную или азотную кислоту — железо и алюминий в них пассивируются (образуется защитная плёнка). Разбавлять серную кислоту тоже занятие не из приятных (не знаю, как насчёт азотной): она взаимодействует с водой (гидролиз), при этом шипя, булькая и брызгаясь. Если надумаешь разбавлять, то вливай кислоту в воду, а не наоборот. Кислота тяжелее, поэтому реакция будет проходить не на поверхности воды, а поглубже, тогда брызг не будет. Да, кстати, если реакция оксида с кислотой проходит очень уж медленно, то надо всё это дело нагреть. Принцип Вант-Гоффа: При повышении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции возрастает в 2-4 раза.

Вот тебе ещё полезная вещь — электрохимический ряд напряжений металлов:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Be, Al, Mn, Zn, Cr, Fe2+, Cd, Ni, Sn, Pb, Fe3+, H, Cu, Ag, Hg, Au.

Правило, которое должен знать каждый: Металл, стоящий в электрохимическом ряду напряжений металлов левее, вытесняет из растворов солей металл, стоящий правее. Мы имеем дело с алюминием и с железом (со степенью окисления 2+), которые стоят намного левее меди. Они будут вытеснять медь из медного купороса, а она будет выделяться на радиаторе. Реакции с металлами, стоящими в ряду напряжений в самом начале, будут проходить НУ ОЧЕНЬ активно… Иногда со взрывом… Это НЕ шутка! Хотя вряд ли ты найдёшь литиевый радиатор.

И ещё. Помни: медный купорос это кристаллогидрат, то есть его молекулы связаны с молекулами воды, хотя вещество в твёрдом состоянии:

CuSO4 * 5H2O

Поэтому разбавляй не очень сильно, ведь воды и так уже много. Реакции с алюминием и железом проходят вот так:

3CuSO4 + Al = Al(SO4)3 + 3Cu

2CuSO4 + Fe = Fe(SO4)2 + 2Cu

В этих реакциях без нагрева не обойтись. Надо кипятить радиатор 😉 ! Шутка, конечно же! А вот подогреть немного можно. А что делать? Только так можно ускорить процесс. Если немного отшлифовать поверхность радиатора (создать шероховатости), то меди выделится немного больше, хотя лучше подобной чушью не заниматься (микрограммы не играют роли).

Важно: Я искренне надеюсь на то, что тем, кто захочет проделать какие-либо из описанных мною реакций, не придёт в голову мысль вмешиваться в ход реакции руками или другими выступающими частями тела, о которых я писал выше. Химия — наука, не терпящая баловства! Ну вот уже и мораль прочитал 😉 .

Что дальше?

Если результат устраивает, то можешь тестировать заново рождённый радиатор, а можешь подшлифовать его или сделать что-нибудь в этом роде, если уж сильно хочется. Я уже говорил о том, что сначала надо проводить опыты над отдельными кусками алюминия (или железа), а уж потом переходить на радиатор. Кстати, перед опытами необходимо снять или счистить с радиатора неметаллические части (вентилятор, провода, термодатчики, термопаста) 😉

Что получилось?

Я уверен, что все оверклокеры знакомы с радиаторами из алюминия, в которых имеется медный пятак-вставка в подошве. В покрытом по моему способу слоем меди радиаторе (именно слоем, ведь изнутри он не реагировал) принцип охлаждения примерно такой же. Так вот, если сравнивать радиаторы со вставкой с тем, что по идее должно получиться после прочтения данного текста, то можно сказать о преимуществах и недостатках того, о чём я писал:

Преимущества:

Металлы плотнее соединены между собой, следовательно, тепло лучше передаётся между ними и они не распадаются (вставки-пятаки могут выпадать, а в моём способе слои металлов соединены химическим путём гораздо прочнее).

Имеется не только маленькое круглое пятно меди на подошве, а весь радиатор покрыт равномерным (при правильном проведении реакций) слоем меди, что благоприятно сказывается на температурном режиме охлаждаемого девайса.

Тепло хорошо проводится в рёбрах радиатора (если они были достаточно тонкие, то могли даже полностью стать медными), что обеспечивает (при хорошем продуве) сильную отдачу тепла, что нам и нужно.

Моим способом можно даже «сварить» две металлические детали, плотно прижав их друг к другу при проведении реакции в купоросе.

Недостатки:

Радиатор не полностью медный (как и в радиаторах с медными пятаками)

Может получиться не совсем ровная поверхность радиатора, если реакции проходили бурно (например, в кипящей воде), хотя это исправимо.

ВЫВОД:

Возможно, существенного улучшения ситуации с охлаждением и не произойдёт, но мне кажется, что пара-тройка градусов выигрыша тоже неплохо (искренне надеюсь на то, что этот выигрыш будет больше). Весь материал чисто теоретический и направлен на общее развитие умственных способностей оверклокера. Просто должно быть приятно осознание того, что всё сделано своими руками и продумано не хуже, чем у производителей радиаторов с медными вставками.

Послесловие…

Надеюсь, что интересно было не только мне. Весь материал придуман лично мною, поэтому, если мои идеи каким-либо образом совпадают или пересекаются с чужими, то довожу до общего сведения, что я ни у кого не воровал идеи, а это просто совпадение. Прошу прощения, если я допустил какие-либо ошибки или неточности в тексте.

Желаю успехов оверклокерам в их нелёгком деле!

<$ C R ! P T ! N>

Мне показалась очень интересной сама идея, поэтому статья опубликована, хотя я далёк от уверенности, что всё задуманное можно воплотить в жизнь. Автор не зря несколько раз подчёркивал, что материал чисто теоретический и прежде чем «варить» свой алюминиевый радиатор, нужно потренироваться на алюминиевых кусочках. Я бы даже посоветовал предварительно хорошенько разобрать статью с теоретической точки зрения, прежде чем переходить к практическим экспериментам. Самое первое предположение, которое приходит в голову, что радиатор покроется тончайшим слоем меди, если замещение всё же пойдёт, после чего реакция прекратится. Впрочем, полагаю, что хорошо разбирающиеся в химии читатели найдут ещё множество причин, по которым подобное превращение алюминиевого радиатора в медный невозможно. Предлагаю обсудить статью в конференции.

Doors4ever

Задание 32.1

При электролизе водного раствора нитрата меди (II) получили металл. Металл обработали концентрированной серной кислотой при нагревании.
Выделившийся в результате газ прореагировал с сероводородом с образованием простого вещества.
Это вещество нагрели с концентрированным раствором гидроксида калия.

Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Источник — Демонстрационный вариант КИМ ЕГЭ по химии 2019 года

Решение

Задание 32.2

К раствору бромида железа(III) прилили раствор карбоната натрия. Образовавшийся осадок бурого цвета отфильтровали, промыли и прокалили.
Получившийся после прокаливания порошок сплавили с гидроксидом калия. Полученное вещество обработали избытком соляной кислоты,
в результате получили окрашенный раствор.

Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Источник — Открытый банк заданий ЕГЭ

Решение

Задание 32.3

Нитрат натрия прокалили. Твёрдый продукт реакции нагрели с иодидом аммония, при этом выделился газ, входящий в состав воздуха, и образовалась соль.
Соль обработали раствором перманганата натрия, подкисленным серной кислотой. Образовавшееся простое вещество прореагировало при нагревании
с раствором гидроксида калия.

Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Источник — Открытый банк заданий ЕГЭ

Решение

Задание 32.4

Гидрид кальция растворили в воде. Выделившийся газ пропустили над раскалённым порошком оксида меди(II). Образовавшееся твёрдое вещество
растворили при нагревании в концентрированной серной кислоте. Полученную соль выделили и добавили к раствору иодида калия.

Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Источник — Открытый банк заданий ЕГЭ

Решение

Задание 32.5

Сульфат железа(III) обработали раствором гидроксида натрия. Выпавший бурый осадок отделили и прокалили. Полученное твёрдое вещество растворили
в иодоводородной кислоте. Образовавшуюся соль выделили и смешали с раствором нитрата серебра.

Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Источник — Открытый банк заданий ЕГЭ

Решение

Задание 32.6

При гидролизе сульфида алюминия выделился газ. Этот газ сожгли в избытке кислорода. Продукты сгорания поглотили избытком раствора гидроксида лития.
Образовавшуюся соль обработали раствором, содержащим дихромат калия и серную кислоту.

Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Источник — Открытый банк заданий ЕГЭ

Решение

Задание 32.7

Газ, полученный при взаимодействии пероксида натрия с оксидом углерода (IV), прореагировал с раскалённым железом с образованием железной окалины.
Полученное вещество растворили в концентрированной азотной кислоте, при это наблюдали выделение бурого газа. Образовавшуюся соль выделили и
добавили к раствору карбоната калия, наблюдали образование бурого осадка и выделение газа.

Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Источник — Открытый банк заданий ЕГЭ

Решение

Задание 32.8

Оксид алюминия сплавили с карбонатом натрия. Полученный продукт растворили в избытке соляной кислоты.
К образовавшемуся раствору добавили избыток аммиачной воды. Выпавший осадок отделили и обработали избытком раствора гидроксида калия.

Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Источник — Открытый банк заданий ЕГЭ

Решение

Задание 32.9

Сульфат меди (II) прореагировал с алюминием. Полученную соль выделили, растворили в воде и добавили к раствору карбоната натрия.
Образовавшийся осадок обработали раствором гидроксида натрия. К раствору полученного вещества добавили избыток серной кислоты.

Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Источник — Открытый банк заданий ЕГЭ

Решение

Задание 32.10

Нитрат меди (II) прокалили. Образовавшуюся при этом смесь газов пропустили через воду, при этом образовалась кислота.
В горячий концентрированный раствор этой кислоты поместили оксид железа (II). Образовавшуюся соль железа выделили и поместили в раствор карбоната калия.

Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Источник — Открытый банк заданий ЕГЭ

Решение

Задание 32.11

Карбонат натрия сплавили с оксидом железа (III). Образовавшееся вещество обработали избытком раствора, полученного при пропускании через воду
смеси оксида азота (IV) и кислорода. Получившееся соединение железа выделили и поместили в раствор карбоната калия.

Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Источник — Открытый банк заданий ЕГЭ

Решение

Предисловие или кому адресована данная запись.

Данная запись предназначена в первую очередь для меня самого и тех 1,5 человека которым интересна наука, в частности химия, и кто умеет хоть что-то полезное делать руками, а не только в носу ковыряться и переключать каналы телевизора лежа на диване. Как следствие этого, она имеет малую практическую пользу, хотя в случае апокалипсиса данный источник электричества был бы весьма полезен, зато она научно-познавательна.

Любители по обвинять всех в нищебродстве — идите в лес в феврале месяце во время метели в 40 градусный мороз собирать землянику, и прихватите с собой филологов и лингвистов — любителей придраться к грамматике.

Надеюсь в данный момент остались только те кому интересно создание элемента Калло своими руками — приятного чтения вам и надеюсь я смогу обогатить ваш багаж знаний.

Вступление.

Всегда любил химию, провел в подростковом возрасте ни одну сотню химических опытов, в том числе и по созданию химических источников электрического тока. Описывать все их я не буду, их много, и данная запись об конкретном — элементе Калло. Почему именно он? Он довольно прост в изготовлении и он не поляризующийся — ЭДС не падает в процессе работы. Раньше я делал его в маленькой пробирке и результат меня не впечатлил, был очень малый ток и практической пользы я в нем тогда не нашел. Намного позже я наткнулся на заметку об этом элементе. В ней писалось что сила тока напрямую зависит от площади электродов. Решил проверить. Для тех кому ну очень интересно, а читать дальше невмоготу, да действительно сила тока зависит от площади электродов.

Устройство элемента.

Устройство элемента довольно простое и схематически приведено на этом рисунке.

Берется достаточно длинный сосуд.

Из медной проволоки делается положительный электрод. Для этого часть медного провода очищается от изоляции и скручивается в спираль. Важно что бы изоляция сохранилась от спирали и до вывода из сосуда, на рисунке этот участок обозначен цифрой 3. Отрицательный электрод делается из цинковой пластины закрепленной вверху сосуда. На рисунке не совсем верно указано. Расстояние между положительным и отрицательным электродом должно быть максимально большим, для минимизации саморазряда.

На положительный электрод, спираль из медной проволоки, насыпается CuSO4 – медный купорос слоем в 1-2 см.

В качестве электролита используется 10 % раствор NaCl – поваренной соли.

ЭДС (электродвижущая сила или по другому электрический ток) образуется благодаря тому, что Zn (цинк) будет отдавать электроны Cu (меди) и растворятся превращаясь в ZnSO4 (сульфат цинка). В свою очередь CuSO4 (медный купорос или сульфат меди) будет восстанавливаться Zn (цинком) до металлической меди.

ЭДС источника 1 В. Для того что бы запитать что-то надо будет собрать батарею из нескольких источников.

На этом теория заканчивается и дальше начнется практика.

Практическая сборка.

Самым сложным было найти подходящую емкость. Она должна быть высокой и при этом иметь широкое горло, что бы можно было разместить электроды. Так же у нее должна быть крышка, что бы не испарялось вода и объем электролита не уменьшался.

Очень долго искал и нашел случайно. Как то в гости заглянула старая подруга и прихватила с собой пару бутылок Активии от Данон. И вот эти бутылки оказались идеальными.

Она высока — 19 см. У нее широкое горло с пробкой. Приятным бонусом оказалось что она прозрачная, это удобство сборки и наблюдения за происходящими изменениями в процессе работы элемента.

Все здорово, но есть одно, но — их всего 2, а надо 3. Найти третью оказалось совсем не просто. В ближайшем магазине я купил в похожей бутылке какой то молочный продукт (названия не помню — давно было, этикетку выкинул), но бутылочка оказалось не совсем такой. Она была не прозрачная.

За нужным напитком и соответственно бутылкой идти пришлось на центр. Там было много Активий, но оказалось что не все они одинаково полезны. Далеко не у всех вкусов была прозрачная бутылка.

Положительный электрод был сделан из самого дешевого медного провода купленного в магазин. Куплено было 3 метра двухжильного провода. Сечение не помню и поглядеть не могу. Компоненты элемента собирались довольно продолжительное время и как следствие этого что-то забыл, что-то выкинул, например изоляцию с купленного провода.

Провод был разрезан на 4 куска по 1,5 метра. Из 3 кусков было создано 3 электрода в виде двойной спирали. Делались электроды с помощью круглогубцев и рук, благо провод был тонкий и легко поддавался формовке. На двойную спираль уходило 1,2 метра очищенного провода.

Что получилось можно увидеть на фото.

Отрицательный электрод был сделан из корпусов от старых солевых батареек формата АА путем припаивания провода к двум корпусам. Запас корпусов был сделан мной много лет назад, в подростковом возрасте, и каким то чудом сохранился до наших дней.

Далее в крышках бутылок сверлом диаметром 4,3 мм было просверлено в центре отверстие, для вывода проводов.

Диаметр отверстия должен быть минимально возможным, что бы только могли пройти провода электродов, они должны плотно держаться и не болтаться. Это нужно как для закрепления самих проводов так и для минимизации испарения воды и уменьшения объема электролита.

Медный купорос можно свободно купить в любом садовом магазине. Продается он примерно в таких пакетиках.

Выглядит примерно так.

Стоит помнить, что медный купорос довольно токсичен и нужно соблюдать элементарные правила обращения с химическими реактивами. Перчатки и противогаз не нужны, достаточно просто не допускать по падение его в пищу и после работы с ним просто помыть руки с мылом.

Использовался один пакетик, 50 гр., на один элемент. Медный купорос насыпался на медный электрод сверху с помощью воронки.

Электролит 10 % из поваренной соли делался из расчета 100 гр. соли на 1 литр воды.

Воду желательно брать максимально чистую. Я использовал воду прошедшую очистку двумя фильтрами, в моей водопроводной воде очень много гидрокарбонатов кальция и железа.

Поваренную соль надо брать очищенную. У меня под рукой была обычная каменная соль. При приготовлении электролита оказалось что в ней большое количество примесей и даже двойная фильтрация не очистила раствор и он имел беловатый оттенок.

Одного литра раствора достаточно для 3 элементов.

Электролит надо приливать максимально аккуратно, что бы не происходило смешивания электролита с кристаллами медного купороса, т.е. что бы медный купорос не растворялся. Заливал электролит с помощью все той же воронки. Получилось не очень аккуратно, немного купороса растворилось и раствор приобрел слегка голубоватый оттенок. Это плохо, т. к. часть медного купороса и цинка будет потеряна в бесполезной реакции обмена CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu.

Как и предполагалось ЭДС одного элемента составил 1 В.

Ток короткого замыкания 86 мА.

Соединил 3 батареи последовательно, что дало 3 В и связал из изо лентой для компактности.

Проверка практичности.

Батарея собрана. Для проверки практичности за 45 рублей был куплен китайский ночничок.

Производитель использовал в качестве питания элемент CR 2032. Надо сказать, что братья китайцы, оказались через чур оптимистичны. Потребляет он до 33 мА и на стандартном элементе питания долго бы не протянул. Ночник на аккумуляторе от старого мобильного телефона емкость 860 мАч проработал всего 1,5 ночи. Стоит уточнить что при достижении разряда аккумулятора до 3 В происходило автоматическое отключение нагрузки с целью сохранения аккумулятора.

Фото аккумулятора, если кому то конечно интересно.

Проверка практичности состоится позже. Будет проверенно сколько ночей сможет отработать ночник. Стоит упомянуть что элемент не транспортабелен — его нельзя перемещать иначе произойдет смешивание растворов и необратимый саморазряд.

О возможном.

Теоретически вместо цинка можно использовать алюминий — он более доступен.

Возможно соединение цинковых стаканчиков пайкой было ошибкой из-за возможного образования гальванической пары.

Если увеличить количество стаканчиков, с 2 до 3, и соответственно площадь отрицательного электрода, то можно увеличить и силу тока и она будет более 100 мА.

В принципе можно даже сделать так называемый сухо заряженный элемент про запас, т.е. не заливать электролит в уже собранный элемент, залить тогда когда элемент питания понадобится.

Вроде заключения.

Батарея из 3 элементов Калло собрана. Максимально подробная инструкция с фото предоставлена.

Как уже упоминалось, практичность будет оценена немного позже. Хотя сразу же понятно, что намного практичнее и главное намного проще использовать аккумуляторы никель-металл-гидридные или литий-ионные или батарейки.

Хотелось бы напомнить, что главная цель данной записи это понять принцип работы химических источников электрического тока на примере элемента Калло и научиться самому собрать данный элемент и практически применить его.

Благодарю за внимание. Надеюсь данный материал был полезен.

UPD 1.

По результатам теста первой ночи, надо было делать батарею из 4 элементов, потому что напряжения в 3 В недостаточно для выполнения ночником своих обязанностей — умеренного освещения помещения. С аккумулятором от телефона таких проблем не возникало в виду номинального напряжения полностью заряженного аккумулятора в 4,2 В.

UPD 2.

Вот так выглядит элемент после 9 часов работы.

UPD 3.

Данная информация будет не совсем про сам элемент Калло, но она связана с химическими реактивами используемыми в его производстве.

Приведенную ниже реакцию можно использовать в качестве занимательного опыта для произведения впечатления. Например: задать зрителям вопрос — можно ли с помощью только алюминиевой проволоки закипятить воду? На отрицательный ответ показать данную реакцию.

Для этого потребуется медный купорос (CuSO4), поваренная соль (NaCl) и что ни будь из алюминия (Al) например проволока.

Берется стеклянная емкость, довольно объемная. В нее насыпается медный купорос и поваренная соль. Купороса побольше соли поменьше. Делается раствор. Что бы он был прозрачный можно добавить несколько капель любой кислоты, например уксусной или несколько крупинок лимонной. Затем в полученный раствор добавляется алюминий.

Начнется бурная реакция с выделением водорода, вода закипит, алюминий будет растворяться и будет появляться металлическая порошкообразная медь.

Объяснение происходящего.

Алюминий очень активный металл. Он способен растворяться в воде с выделением водорода, но в обычных условиях этому мешает оксидная пленка на его поверхности. В случае добавления его в раствор медного купороса с солью идут параллельно 2 реакции:

1) Алюминий вступает в реакцию обмена с медным купоросом. 3CuSO4 + Al = Al2(SO4)3 + 3Cu

2) В результате первой реакции нарушается целостность защитной оксидной пленки и алюминий начинает взаимодействовать с водой с выделением водорода. 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

Кто ни будь заметил что в формулах нет поваренной соли? Это происходит потому, что она непосредственно не принимает участие в реакциях. NaCl, а точнее ион Хлора (Cl) является катализатором и не расходуется. Поваренной соли надо добавлять совсем не много.

ОСТОРОЖНО! Во время реакции происходит закипание раствора с возможностью его выброса. Выделяется газ Водород который в смеси с воздухом, а точнее с кислородом, образуется взрывоопасные смеси. Поэтому реакцию надо проводить на свежем воздухе с соблюдением правил безопасности!

UPD 4.

Батарея отработала 7 ночей или не менее 55 часов.

Напряжение 3,04 В. Ток короткого замыкания 102 мА. Интересной особенностью является тот факт, что сила тока увеличивается. При подключении мультиметра сила тока была 90 мА, через 20 секунд уже 102 мА. Обычно ток уменьшается.

Ток потребления ночником от батареи оказался меньше чем от блока питания и составил в пике всего 13 мА.

После 5 (пятой) ночи в одном из элементов отвалился один цинковый стаканчик и упал на дно. Связано это с тем что стаканчики брались с уже отработанных солевых батареек и имели разный износ и как следствие разную толщину стенок.

50 гр. медного купороса явно много для 2 цинковых стаканчиков от батареек формата АА, цинк израсходуется намного раньше.

Вот так выглядит батарея после 7 ночей работы.

UPD 5.

Я тут решил теоретически проверить полученный практический результат. Знаю что обычно делают наоборот, но мы же в России! Для тех кто торопиться… Теория подтвердила практику.

В элементе протекает вот такая реакция:

CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu

Согласно формуле можно посчитать молярную массу и узнать % соотношение расходуемых реагентов. Стоит учесть, что продается не чистый медный купорос, а его гидрат имеющий формулу CuSO4 * 5H2O и как следствие этого малярная масса медно купороса не 160, а 250.

Получается 250+65=315. В % соотношении 79% CuSO4 * 5H2O и 21 % Zn. Получается что медного купороса надо в 2,44 раза больше чем Цинка.

У меня вес 2 цинковых стаканчиков составлял около 4,5 гр. Получается что на это количество цинка надо было 17 гр. медного купороса. Получилось что большую часть, 30 гр., медного купороса я потратил зря.

Грубо говоря на 5 гр Цинка надо 20-25 гр. купороса.

Если Цинк заменить на Алюминий то формула будет иметь следующий вид:

3CuSO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3Cu

Получаются другие молярные массы. 250*3 + 27*2 = 807. 93% медного купороса и 7% алюминия. Получается что медного купороса надо в 13,2 раза больше чем Алюминия.

В итоге на 50 гр. медного купороса надо всего 3,8 гр. Алюминия.

К чему тут вдруг разговор про алюминий? Цинк кончился и достать его не так просто, а вот Алюминиевой проволоки хватает. Из нее уже сделаны 4 электрода весом от 28 до 30 гр., согласно теории, их должно хавтить на 5 заправок точно. После того как раствориться весь Цинк в уже собранных элементах, будет собрана батарея из 4 элементов использующих в качестве отрицательного электрода Алюминий. Будет взят другой ночник с током потребления от блока питания в 100 мА.

UPD 6.

Спустя 14 ночей или 110 часов работы:

— напряжение 2,92 В;

— сила тока короткого замыкания 68 мА.

UPD 7.

Спустя 21 ночь или 170 часов работы:

— напряжение 2,78 В;

— сила тока короткого замыкания 50 мА. В отличие от предыдущих замеров сила тока уменьшается, раньше она повышалась.

Батарея начала исчерпывать свой ресурс. Интересно, протянет ли она еще неделю?

UPD 8.

Спустя 28 ночей или 225 часов работы:

— напряжение 2,42 В;

— сила тока короткого замыкания 25 мА и уменьшается.

Ночник горел очень тускло. Ресурс полностью выработан.

В нормальном режиме ночник проработал 18 ночей.

Батарея была разобрана. Цинковые стаканчики полностью разрушились, хотя и сохранили свою форму. На медном, положительном, электроде образовалось довольно много меди, которая мешала вынуть электрод из емкости. Полностью удалить образовавшуюся медь с электрода не удалось.

UPD 9.

Была пере собрана батарея.

Из алюминиевой проволоки диаметром 2 мм были сделаны отрицательные электроды в виде спирали, весом 30 гр. В качестве положительных электродов использовались те же медные, что и в первой батареи. Использовалось то же количество медного купороса, по 50 гр. на элемент.

Алюминиевые электроды не оправдали ожиданий.

Напряжение одного элемента 0,68 В. Сила тока короткого замыкания 60 мА и увеличивается.

Пришлось собрать 4 элемента. В результате получено всего 2,7В и 75 мА тока короткого замыкания увеличивающегося.

Алюминий частично взаимодействует с водой в результате чего образуется водород выдавливающий электролит через отверстие для проводов в крышке.

Батарея будет использоваться с тем же ночником.

Посмотрим на долго ли хватит данной батареи.

UPD 9.

Попытка разобраться почему теория не совпала с практикой.

Мои теоретические расчеты были основаны на вот этой таблице электродных потенциалов.

Согласно ей потенциал Меди + 0,34, Цинка — 0,76 в результате в теории получается 1,1 В, что и подтвердила практика. У алюминия потенциал — 1,66, что в совокупности с потенциалом Меди + 0,34 должно было дать 2 В, но на практике едва получилось 0,7 В.

Немного погуглив я нашел вот эту таблицу потенциалов.

Согласно ее данных потенциалы для нейтральной: Медь 0,06, Цинк — 0,78, Алюминий — 0,57. Для Цинково — Медной пары теория дает всего 0,84 В против реальных 1,02. Алюминиво — Медная пара выдает теоретические 0,63 В, что очень близко к практическим 0,69. Если же взять потенциалы для кислой среды то получается: Медь 0,15, Цинк — 0,84 и Алюминий — 0,5. В результате теоретические данные обоих пар сходятся с практическими.

UPD 10.

Батарея на алюминиевых отрицательных электродах отработала 10 ночей или 80 часов.

Напряжение 2,97 В.

Сила тока короткого замыкания 90 мА и растет.

Первую ночь ночник работал очень плохо из-за поляризации алюминиевого электрода из-за образования на ?