Feldverteilung im Elektrolyt

Wissenschaft Physik
#1

Hallo!

Angenommen, eine galvanische Zelle besteht aus zwei Metallplatten unterschiedlicher Metalle, zwischen denen sich eine dünne Schicht einer elektrolytischen Flüssigkeit befindet. Die Metalle stehen an ihren Außenseiten im Kontakt miteinander. Jetzt lege ich über Schleifkontakte (vielleicht bohre ich auch Kontaktbolzen ins Metall, um das Problem zunächst evtl. zu vereinfachen) eine Gleichspannung zwischen den Kontakten an. Wie kann ich jetzt die Potenzialdifferenz an verschiedenen Stellen des Elektrolyts berechnen? Ich bin besonders daran interessiert, mehrere Kontakte an beiden Metallen so zu verteilen, damit die Potenzialdifferenz homogen über die Plattenbreite verteilt ist. Aber wie soll ein System
Metall A - Elektrolyt - Metall B behandelt werden, besonders was die Stetigkeitsbedingungen der Feldlinien im Grenzbereich Metall - Elektrolyt betrifft? Ist das Elektrolyt eher ein Dielektrikum oder ein Leiter, bei dem die Feldlinien senkrecht auf die Oberfläche treffen? Ist diese Herangehensweise bzgl. Feldlinien überhaupt gegeben, da sich die in der Literatur zu findenen Stetigkeitsbedingungen an Grenzflächen ja nur auf Elektrostatik beziehen und nicht auf einen Strom. Es würde vielleicht schon
was bringen, das System zunächst dahingehend zu vereinfachen, wenn man die Metallplatten als zwei halbunendliche Körper auffasst.

Danke und Gruß

#2

Hallo!

Hallo zurück

… eine galvanische Zelle … Metallplatten …
Die Metalle stehen an ihren Außenseiten im Kontakt
miteinander.

Das ist ja ein Kurzschluß!

Jetzt lege ich …Gleichspannung zwischen
den Kontakten an.

Die ist bei unverändertem Aufbau auch kurzgeschlossen!

Meint

Der Daimio

#3

Hallo Daimio,

hab hier mal ein Bild von dem Problem:
[url=[http://www.bilder-hochladen.net/files/h297-1-jpg-rc…](http://www.bilder-hochladen.net/files/h297-1-jpg-rc.html][img]http://www.bilder-hochladen.net/files/thumbs/h297-1.jpg[/img][/url)]

Zwischen den Platten soll ein möglichst homogenes Feld entstehen.

#4

Hallo Bafftian,

Angenommen, eine galvanische Zelle besteht aus zwei
Metallplatten unterschiedlicher Metalle, zwischen denen sich

Das was du in deinem neuesten Posting sehr schön gezeichnet hast, ist doch gar keine „galvanische Zelle“.
An einer solchen steht Spannung an, du legst aber Spannung an.

Das was der Daimio

befindet. Die Metalle stehen an ihren Außenseiten im Kontakt
miteinander. Jetzt lege ich über Schleifkontakte (vielleicht

zu deinen Überlegungen gesagt hat, finde ich auch: Kurzschluß. Der von dir in der Zeichnung genannte: „Kontakt beider Platten“ müßte eine Isolation beider Platten sein.

Was soll das denn überhaupt werden?
Wie groß ist die Gleichspannung die du anlegen willst?
Welche Zusammensetzung hat der Elektrolyt zwischen den Platten?
Aus welchen Metallen bestehen die beiden Platten?

Was soll denn das für eine „Vereinfachung“ sein?

vielleicht schon
was bringen, das System zunächst dahingehend zu vereinfachen,
wenn man die Metallplatten als zwei halbunendliche Körper
auffasst.

Aus deiner Zeichnung geht nicht hervor, daß es sich bei den Metallplatten deines Systems um zwei unendliche Körper handeln soll. Sie sind auch nicht einmal ‚viertelunendlich’.

Danke und Gruß

Bitte und alles Gute

watergolf

#5

An einer solchen steht Spannung an, du :legst aber
Spannung an.

Der Sinn der angelegten Spannung soll sein, die Spannung der ‚galvanischen Zelle‘ zu Kompensieren.

zu deinen Überlegungen gesagt hat, finde ich auch: :Kurzschluß.

Ok, der Kontakt der Metallplatten ist eigentlich der worst case. Es besteht auch die Möglichkeit, dass sie sich nicht berühren (oder aber an noch mehr Punkten, der Abstand liegt im nm-Bereich, evtl auch 10nm, 100nm). Aber mal angenommen:

  1. Keine Berührung: Kann ich das Feld der Zelle abschalten?
  2. Mit Berührung: Kann ich das Feld der Zelle bei genügen hohen äußeren Widerständen abschalten?

Was soll das denn überhaupt werden?

Vorbeugung bzw. Verzögerung von Wasserstoffversprödung der oberen Platte. Laut Spannungsreihe liegt zwischen den Platten eine Spannung von etwa 3V, sodass die obere Platte kathodisch ist und meiner Meinung nach Wasserstoffversprödung begünstigt. Durch entgegengesetztes Feld könnte ich das Verhindern !?

Was soll denn das für eine „Vereinfachung“ sein?

Die Vereinfachung ist nur dazu da, um vielleicht analytisch die Feldverteilung rauszubekommen, wenn man die und die Widerstände und die und die Spannungen anlegt.

#6

Der Sinn der angelegten Spannung soll sein, die Spannung der
‚galvanischen Zelle‘ zu Kompensieren.

Bei Kompensation tut sich aber auch nichts.

case. Es besteht auch die Möglichkeit, dass sie sich nicht
berühren (oder aber an noch mehr Punkten, der Abstand liegt im
nm-Bereich, evtl auch 10nm, 100nm).

Hast du ein Elektronenmikroskop zur Verfügung um den Abstand zu kontrollieren?

Vorbeugung bzw. Verzögerung von Wasserstoffversprödung der
oberen Platte. Laut Spannungsreihe liegt zwischen den Platten
eine Spannung von etwa 3V, sodass die obere Platte kathodisch
ist und meiner Meinung nach Wasserstoffversprödung begünstigt.
Durch entgegengesetztes Feld könnte ich das Verhindern !?

Siehe oben: Durch das entgegengesetzte Feld kannst du selbstverständlich verhindern daß Wasserstoff heraus kommt, es kommt aber auch keine Spannung oder sonst etwas heraus.

Die Anlage ist ein schönes Beispiel für kompletten Nonsense.

#7

Der Sinn der angelegten Spannung soll sein, die Spannung der
‚galvanischen Zelle‘ zu Kompensieren.

Bei Kompensation tut sich aber auch nichts.

Du meinst, dass, falls sich die Platten berühren, man kein Feld aufbauen kannn? (Aber falls sie sich nicht berühren schon?)

case. Es besteht auch die Möglichkeit, dass sie sich nicht
berühren (oder aber an noch mehr Punkten, der Abstand liegt im
nm-Bereich, evtl auch 10nm, 100nm).

Der Abstand ist berechnet. Nur wegen der Größenordnung her, also 1cm ist zum Beispiel nicht drin.

Vorbeugung bzw. Verzögerung von Wasserstoffversprödung der
oberen Platte. Laut Spannungsreihe liegt zwischen den Platten
eine Spannung von etwa 3V, sodass die obere Platte kathodisch
ist und meiner Meinung nach Wasserstoffversprödung begünstigt.
Durch entgegengesetztes Feld könnte ich das Verhindern !?

Siehe oben: Durch das entgegengesetzte Feld kannst du
selbstverständlich verhindern daß Wasserstoff heraus kommt, es
kommt aber auch keine Spannung oder sonst etwas heraus.

Also es soll verhindert werden, dass die positiven Wasserstoffionen zur oberen Platte gelangen, sich dort absetzen und in die Platte hineindiffundieren. Die Diffusion wird durch die galvanische Spannung zwischen den Platten (denke ich mal) begünstigt.

Die Anlage ist ein schönes Beispiel für kompletten Nonsense.

Danke für die Offenheit

#8

Hallo,

wenn es ein Einzeiler werden soll :
Das Feld wird homogen sein, egal, wass und wie Du es tust.

Gruss,

Uwe P.

#9

Hallo,

das mit dem Nonsense habe ich hauptsächlich geschrieben, in der Hoffnung von dir eine Antwort zu erhalten etwa so:
„Ätsch - der Prototyp meines galvanischen Elements funktioniert und bringt im Abstand von 100 nm zwischen einer 20 * 20 cm großen Aluminiumplatte und einer 20 * 20 cm großen Platinplatte mit dem Elektrolyten verdünnte Schwefelsäure dazwischen (nach der Spannungsreihe von Metallen in saurer Lösung) laufend 2,86 Volt Spannung“.

Die beiden Metalle nahm ich frei an, weil du keine Angaben machtest aber am 13.01. schriebst:
„Laut Spannungsreihe liegt zwischen den Platten eine Spannung von etwa 3V, … “

Aus deiner jetzigen Antwort

Also es soll verhindert werden, dass die positiven
Wasserstoffionen zur oberen Platte gelangen, sich dort

zu schließen, hast du dich bisher nicht mit den grundlegenden Eigenschaften eines galvanischen Elements beschäftigt: Es entsteht gasförmiger Wasserstoff.
Wasserstoff ionen die du als Problem ansiehst, sind bereits im Elektrolyten vorhanden.
Die entstehende, gasförmige Wasserstoffschicht erhöht den inneren Widerstand zwischen den beiden plattenförmigen Elektroden und setzt die chemisch erzeugte Spannung herab.
Die theoretisch zu erwartenden 2,86 V werden also drastisch sinken.

Auch dein Vorschlag vom 12.01.

„Durch entgegengesetztes Feld könnte ich das Verhindern !?“

kann das nicht verhindern, da die 2,86 V ja durch das entgegengesetzte Feld todsicher verringert werden.

#10

Hallo,

erstmal Danke nochmal für die Antwort. Nicht dass es zu Missverständnissen kommt. Deswegen nochmal ausführlicher die ganze Sache (wenn Du das so gemeint hast, ok, dann hab ich irgendwo noch ein Verständnisproblem).

Also bei der Geschichte geht es einzig und allein um die Prävention von Wasserststoffverspröfung. (Ich will keine Spannungsquelle bauen. Im Gegenteil: Spannung ist möglicherweise - siehe unten - die Ursache des Problems.) In der Literatur hab ich folgendes gefunden (hier am Beispiel von Eisen):

[aus http://images.energieportal24.de/dateien/downloads/d…, Seite 6]
"Beim Volmer-Tafel-Mechanismus findet in kathodischer Richtung zunächst der Übergang eines Elektrons vom Metall zum Elektrolyten statt, dem sich die Reaktion mit einem Proton anschließt. Es
folgt die Rekombination zu gasförmigem Wasserstoff.

H+ + e– + Fe --> Fe-H_ad (Volmer-Reaktion)
Fe-H_ad + Fe-H_ad --> H_2 + 2 Fe (Tafel-Reaktion) "

Dann gibt’s da noch eine ähnlichen Reaktion, wo hinten H_2 bei rauskommt (siehe auch obige Quelle). Und es gibt eine Absorptionsreaktion in das Metall hinien:

[aus http://images.energieportal24.de/dateien/downloads/d…, Seite 7]
"Wegen seiner geringen Größe besitzen Wasserstoffatome die Fähigkeit, sich in Metallen zu lösen. Ein von Bockris vorgeschlagenes Modell für die Absorption von Wasserstoff in Eisen basiert auf der
Vorstellung, dass der durch die Volmer-Reaktion an der Oberfläche chemisorbierte Wasserstoff nicht rekombiniert, sondern in einem anschließenden Schritt von der Metalloberfläche absorbiert wird (engl. = Hydrogen Absorption Reaction, HAR):

H+ + e– + Fe --> Fe-H_ad
Fe-H_ad -->  H_ab + Fe "

Wenn man also, wie in der Zeichnung, zwei Metalle mit Elektrolyt dazwischen habe (was so ist und sich weder geometrisch noch durch den Austausch der Materialien verhindern lässt) und das obere ist aufgrund der Spannungsreihe kathodisch, dann begünstige ich doch die Tatsache, dass der Wasserstoff zur oberen Platte gelangt, oder? Wenn man das nicht will, weil man weiß, dass viel zu viel Wasserstoff in die obere Platte absorbiert wird, kann man dann die Polarisation dieser (natürlichen) „galvanischen Zelle“ nicht einfach umdrehen, um die Versprödung zu verhindern oder zu verlangsamen?

Gruß
Bafftian

#11

Hallo,
wenn du jetzt (14.01.) neuerdings schreibst:

Also bei der Geschichte geht es einzig und allein um die
Prävention von Wasserststoffverspröfung. (Ich will keine

Warum fragst du das denn nicht gleich in deinem ersten Posting vom 12.01.?
Du erkundigst dich am 12.01. seltsamerweise nach der:
„Feldverteilung im Elektrolyt“?

Meiner Ansicht nach kann man auf dieser wirren Basis, die weder eine feste Zielsetzung noch eigene Versuche aufweist, nicht diskutieren.

Eine neue Fragestellung etwa so:
„Welche Verfahren kann man zur Prävention von Wasserstoffversprödung bei Metallen einsetzen?“
könnte Klarheit schaffen und hier bei www einige Experten ansprechen.

Du solltest dann gleich die interessierenden Metalle, die Art der Wasserstoffeinwirkung auf sie und die von dir eingesetzten Geräte zur Messung des Versprödungsgrades der Metalle nennen.

Gruß

watergolf