Oppgave 11
a) Hvordan framstilles hydrogen industrielt (det vil si billig og i store volum)? Reaksjonsligninger må være med.
Muligheter er
Reformering av naturgass CH4 + H2O = CO + 3H2
Elektrolyse av vann: 2H2O = 2H2 + O2
(Flere andre reaksjoner gir også hydrogen som produkt. I pensum f.eks. shift-reakjonen, partiell oksidasjon, dimerisering av metan, og alle disse aksepteres også som industriell hydrogenfremstilling.)
b) Hydrogenet kan brukes i en brenselcelle. Velg en type brenselcelle og tegn denne, der du inkluderer de viktigste komponentene og angir hva slags ion som er ladningsbærer i elektrolytten, samt brensel, oksidant, produkt og fortegn på elektrodene.
Figurer i Kap. 11 eller lab 4.
c) Hva er den elektrostatiske kraften på det ladningsbærende ionet ved åpen celle hvis vi antar at cellespenningen er 1,23 V og at avstanden mellom elektrodene er 200 μm. Siden det ikke er noen netto transport av ladningsbærere ved åpen celle, så må denne elektrostatiske kraften motvirkes av en annen kraft. Hva slags kraft er det?
Kraften i et elektrostatisk felt er produktet av feltstyrke og ladning: F = E*q = (1,23 V/ 200*10-6 m) * 1,602*10-19 = 9,85*10-16 N for ioner med én ladning (H+, OH-, H3O+) og det dobbelte, 1,97*10-15 N, for ioner med 2 ladninger (O2- og CO32-). Ved åpen celle vil denne kraften motvirke den kjemiske kraften (gradienten i kjemisk potensial).
Oppgave 12
a) Grafen (grafén) er et nanomateriale som ble oppdaget alt på 1800-tallet, men fremstilt i ren form først i vårt århundre. Det antas å kunne brukes til bl.a. nanoelektronikk.
Beskriv sammensetning og struktur for grafen. Hva er omtrentlig tykkelse på et grafenark?
Grafen er enkeltark av grafitt - C-heksagoner i 2 dimensjoner. Det består av karbon, C, men i tillegg kommer terminering av kantene med andre atomslag (O, H). Tykkelsen blir som diameteren på atomer, her C, i størrelsesorden 1 Å (0.1 nm, 100 pm). (Hvis en tar med ujevnhetene (bølgene) i ark-flatene blir tykkelsen litt større.
b) Fra grafen kan vi lage karbon nanorør – énveggede og flerveggede. Hva er det som gjør de enveggede så spesielle og interessante?
De énveggede kan være metalliske eller halvledende (og kan derved dopes) avhengig av hvilken retning gitteret løper i. De har også stort styrke/vekt-forhold.
c) Nye teknologier, som bruk av karbon nanorør, medfører utfordringer innen HMS og ELSA. Hva står disse begrepene for? Gi ett eksempel på en HMS-problemstilling og tre eksempler på mulige problemområder innen ELSA knyttet til bruk av nanopartikler.
HMS (Helse, Miljø, Sikkerhet): Eks: Spredning og ukjent fysiologisk virkning av nanopartikler.
ELSA (Ethical, Legal, Societal Aspects (Etiske, Juridiske, Samfunnsmessige Aspekter)): Eks: våpenkappløp, prediktiv medisin, bioelektronikk, selvreproduksjon m.fl., se for eksempel Figur 12.20 i læreboka.
|
