Estendendo o tema, um sistema de geração de H₂ doméstico à energia solar:

http://www.dangerouslaboratories.org/h2homesystem.pdf

Porém, há informações úteis para a construção de nosso maçarico à água: tensão em cada célula, densidade de corrente, resistividade de uma solução de hidróxido de potássio, ....

Jorge,

Gil, há algo que me incomoda e talvez vc possa esclarecer:

na maioria dos docs que tenho visto sobre eletrólise onde aparecem as equações balanceadas, a unidade mencionada é o elétron-volt, que é unidade de energia, equivalente a ~ 1,602 x 10^-19 J e não de tensão, como tem sido colocado.

Até onde posso entender, o potencial adequado para uma determinada célula depende de muitas coisas, inclusive do material dos eletrodos, composição do eletrólito etc etc etc ... Ou seja, não se pode falar de um potencial definido sem levar em conta todas as variáveis ...

Creio tb que seria conceitualmente mais adequado considerar a intensidade da corrente necessária para as reações, considerando todas as variáveis, antes de consideramos o potencial ...

Acho que isto merece leitura atenta:

http://en.wikipedia.org/wiki/Faradaic_efficiency

http://en.wikipedia.org/wiki/Overpotential

Numa célula eletroquímica ocorrem reações de oxidação e redução no anodo e catodo da célula. Essas reações requerem potenciais mínimos para ocorrerem, quando a célula consome energia e geram (possuem) potenciais bem definidos, no caso de uma pilha. Se é que eu entendi corretamente, você se refere aos potenciais de oxiredução da célula (potencial REDOX - http://en.wikipedia.org/wiki/Reduction_potential), que são medidos em Volts. Por exemplo, se colocarmos uma placa de cobre e uma placa de zinco numa solução de ácido sulfúrico temos uma pilha (célula eletroquímica), que em vazio, gera próximo de 1,5V.  Similarmente, as reações de oxidação e redução da molécula de água em H+ e OH- requerem potenciais específicos.

A energia necessária para quebrar uma molécula de água na reação: H2O --> O(-) + 2H(+), é igual a:
3.93846588x10^-19 J @ 25^oC para cada molécula de água. Essa energia é expressa em Joules, mas poderia ser em eV = elétron-volt

Sabendo que 1 V = (1 Joule) / (1 Coulomb)
Carga do elétron = 1.60217646 × 10^-19 coulombs
São necessários dois elétrons na ligação H-OH, portanto, a tensão o ORP necessário será de: 3.93846588 / (2 x 1.60217646) = 1,23 Volts

Referência: http://h2science.blogspot.com/2008_10_01_archive.html

O gráfico a seguir mostra a tensão x densidade de corrente de uma célula eletrolítica. Percebe-se que a corrente começa a subir acima de 2,0V aproximadamente, que é quando começa a produção de H₂ e O₂. Abaixo de 2V não há corrente e portanto, não há produção, conforme previsto pela equação eletroquímica de Faraday.

Um aspecto interessante é que a curva de uma célula eletroquímica se assemelha a de um semicondutor. Se não estou enganado, no passado, o pessoal fazia retificadores usando placas de alumínio e ferro em solução de NaOH.

ORP = Potencial de oxiredução, em Volts

Fiz um teste rápido com duas colheres pequenas (de chá) de aço inox e uma solução de NaOH, obtive os seguintes resultados:

E(V)     I (mA)
1,2           0,0
1,4           0,1
1,7           0,2
1,9           0,6
2,2           4,1
2,8         73,0
3,1       450,0
4,3   1.200,0
 
Usei uma medida de meia colher de NaOH em meio copo d'água.

É perceptível o aumento brusco da corrente quando a tensão está acima de 2,2V, confirmando o que foi dito anteriormente. O borbulhamento se acentua com correntes mais elevadas.

As seguintes equações requerem potenciais de oxi-redução mais próximos a 2,2V:

                                                                                                                  Eo
equação de redução:     2H2O(l) + 2e- → H2 + 2 OH-                     -0,83 V
equação de oxidação:              2H2O(l) → O2 + 4H+ + 4e-       -1,23 V
                                                                                                           ------------------
                                                                                                                 -2,06 V

Referência: http://www.saskschools.ca/curr_content/chem30_05/6_redox/redox3_3.htm

Refiz minhas medidas, usando solução saturada de NaOH, para diminuir a resistividade e as perdas no eletrólito. Usei apenas uma escala no amperímetro (0 a 20A), anteriormente, eu mudava a escala (0 a 200mA - 0 a 20A) e com isso a resistência interna era alterada, causando alguma perturbação nas medições.

Tensão(V)   Corrente (mA)
1,9                  0
2,1                  30
2,3                  200
2,5                  380
2,6                  470
2,7                  510
2,9                  710
3,2                  1200
3,4                  1700
3,7                   2000
4,1                   2750

Jorge,

Citar

A tensão (ideal) de uma célula eletrolítica deve ser de 2V ...

Isto para mim ainda não faz sentido, se é que entendi o que vc quiz dizer ... entendo da frase acima, que vc fala do potencial que deveria ser aplicado à célula eletrolítica para obtenção da maior efeiciência, entendi corretamente ?

Isto não faz sentido para mim, pq há muitas variáveis em jogo, a área dos eletrodos, a composição dos eletrodos, a distância entre eletrodos, a composição do eletrólito e sua concentração, a temperatura da solução, a pressão etc ... isto para citar apenas as variáveis mais óbvias, o que vem à mente mais de imediato ...

A literatura parece confirmar minha impressão, frequentemente é mencionada a dificuldade de estabelecer precisamente o ponto de operação da célula e isto parece ser objeto de polêmica entre os especialistas ...

Há realmente muitas variáveis em jogo para estabelecer um sistema ideal. Mas neste ponto estou me atendo a um abordagem, que eu acho, mais básica e talvez predominante, ou seja, a tensão e a corrente ideais (ponto de operação) de uma célula, para maximizar o rendimento.

Mas posso estar redondamente enganado!! Conforme você bem lembrou, outros fatores podem até compensar um ponto de operação não ideal, tais como a temperatura, pressão, o acabamento superficial dos eletrodos, uso de catalisador, etc.

E aceito sugestões...
 

Veja, não questiono que há um potencial mínimo para iniciar as reações, que há perdas que se pode evitar quando a eficiência é uma preocupação, mas dizer que a tensão ideal é de 2V me parece uma simplificação MUITO exagerada ...

Realmente, você tem razão.

Mas o que eu quis dizer é que a tensão ideal não deve ser muito acima disso, mencionei uma faixa de 2 a 3V. Que é usada pela turma que monta sistemas desses para injetar como combustível auxiliar em caminhões (exemplo: http://www.hhoforums.com/index.php), que usa de 4 a 5 células em série, alimentadas com 12V.

A literatura cita geradores de escala industrial, onde cada célula opera com tensões dessa ordem.

Seu experimento é bem interessante, mas os resultados me parecem mera coincidência ... modifique alguma(s) da(s) variável(eis) mencionadas acima e verifique os resultados ... acho que vc vai encontrar valores diferentes ... tô apostando uma breja ;-)

Ok,  vamos ver se chegamos a outras conclusões. Ainda na linha de buscar um ponto de operação ideal.

Update: Gil, eu não havia visto sua última msg sobre o experimento com NaOH quando redigia o comentário acima. O que vc conclui desse segundo experimento ?

Nada de significativo, ainda, apenas quis confirmar informações que eu já tinha.

Boa noite amigos:

Deixo isto aqui para o pessoal da electrónica comentar, è um esquema a 12v.

Working PWM with 555 Timer and mosfets

http://www.hhoforums.com/showthread.php?t=7013

http://www.falstad.com/circuit/#%24+...625E-5+0+-1%0A

Um abraço:
António Pinho

Olá Antônio,

Trata-se de um controle de corrente por PWM, permitindo controlar a produção de gás. Sabendo que a produção de gás é função direta da corrente.

Olá minilathe, boa noite.

 Sim eu sei o que isto é.
Quero ver se consigo fazer uma placa igual para testar, pois de electronica não percebo muito.

Um abraço:
António Pinho