Ľad vnímame predovšetkým ako nepríjemnú prekážku v zime: klzké cesty, nebezpečné chodníky a neustály boj s posypovou soľou. No nový výskum ukazuje, že tento všedný jav môže skrývať prekvapivý energetický potenciál.
Skrytý efekt zosilnený soľou
Základ objavu spočíva v takzvanej flexoelektrine - schopnosti materiálov generovať elektrický náboj, keď sú mechanicky deformované. Tento jav bol už skôr pozorovaný v prírode, napríklad pri pohyboch ľadovcov alebo v napätých ľadových platniach, no jeho využitie bolo zatiaľ obmedzené na veľmi slabé signály.
Práve tu nastupuje prelomový prístup čínskeho tímu z Xi’an Jiatong University v Číne. Tím vedcov dokázal, že ohýbaním ľadu so soľou je možné generovať elektrinu v omnoho väčšej intenzite, než sa doteraz predpokladalo. Do vody pridali rôzne množstvá obyčajnej kuchynskej soli (NaCl), následne vzorky zmrazili a vytvarovali do kužeľov, dosiek či lúčov. V laboratórnych testoch použili trojbodový ohyb, ľad položili na dve podpery a zhora naň vyvíjali tlak.
Tajomstvo mikroskopických kanálikov
Prečo zohráva soľ takú zásadnú úlohu? Pomocou mikroskopie a Ramanovej spektroskopie vedci zistili, že pridaná soľ narúša úplný proces kryštalizácie vody. V štruktúre ľadu zostávajú mikroskopické kanáliky so slanou vodou.
Pri mechanickom ohýbaní dochádza k pohybu tejto kvapaliny cez sieť kanálov, čím vzniká takzvaný prúd zo strhávania (streaming current). Inými slovami, samotný pohyb tekutiny prenáša elektrický náboj, čo dramaticky zvyšuje efektivitu generovania elektriny.
Prečítajte si tiež: Všetko o Elektrickom Náboji a Poli
Takýto proces má obrovský teoretický potenciál.
Limity a perspektívy
Ako to už pri podobných objavoch býva, aj tu vedcov brzdia zásadné výzvy. Slaný ľad pri opakovanom ohýbaní stráca účinnosť, keďže po mnohých cykloch sa jeho schopnosť generovať elektrinu zníži až o 80 %. Navyše, veľká časť energie sa počas procesu premieňa na teplo, čo znamená, že efektivita je zatiaľ výrazne nižšia než pri komerčne dostupných piezoelektrických zariadeniach.
Napriek týmto nevýhodám je myšlienka fascinujúca. Predstavme si, že v odľahlých arktických oblastiach alebo na ľadovcoch by bolo možné vyrábať čistú energiu priamo z prostredia, kde je využitie solárnych či veterných zdrojov náročné. Objav navyše presahuje hranice našej planéty. Štúdia publikovaná v prestížnom časopise Nature Materials tak mení náš pohľad na ľad.
Soli a ich využitie
Soli sú iónové zlúčeniny, ktoré vznikajú pri reakcii kyselín so zásadami. Soli používate denne, od kuchynskej soli (chlorid sodný) až po soli v chemických reakciách.
V chémii sa soli skladajú z kladne nabitých iónov (katiónov) a záporne nabitých iónov (aniónov), ktorých spojením sa zlúčenina stáva elektricky neutrálnou. Najznámejším príkladom je chlorid sodný (NaCl), kuchynská soľ. Soli môžu vznikať rôznymi chemickými procesmi, vrátane acidobázických reakcií, neutralizačných reakcií alebo priamou kombináciou prvkov.
Prečítajte si tiež: Elektrický náboj trením
Neutralizačná reakcia nastáva, keď kyselina reaguje so zásadou. Kyselina poskytuje vodíkové ióny (H⁺), zatiaľ čo zásada poskytuje hydroxidové ióny (OH-). Tieto ióny sa spoja za vzniku vody a zvyšné ióny vytvoria soľ. Pri zrážacích reakciách sa dve rozpustné soli zmiešajú v roztoku, pričom si vymieňajú svoje ióny. Ak je výsledná zlúčenina nerozpustná, vytvorí pevnú soľ, ktorá sa z roztoku vyzráža. Soli možno získať aj odparovaním vody zo soľných roztokov, pričom zostanú pevné kryštály soli. Táto metóda sa používa pri výrobe soli z morskej vody, kde odparovanie zanecháva kryštály chloridu sodného.
Vzorce solí kombinujú katión (kladný ión) a anión (záporný ión), čím zabezpečujú, že je celkový náboj vyvážený. Pri vyrovnávaní nábojov sa počet iónov môže líšiť. V chloride vápenatom (CaCl₂) nesie vápnik náboj 2⁺ (Ca²⁺), zatiaľ čo chlorid má náboj 1⁺ (Cl-). Soli držia pokope pomocou iónových väzieb, pri ktorých sa prenášajú elektróny medzi atómami a vytvárajú nabité ióny. Tieto ióny sú viazané elektrostatickými silami, ktoré vytvárajú stabilnú štruktúru.
Soli majú odlišné fyzikálne a chemické vlastnosti, ktoré vyplývajú z ich iónového zloženia. Väčšina solí je pri izbovej teplote pevná, má vysoké teploty topenia a varu a je rozpustná vo vode. Z chemického hľadiska vznikajú soli prostredníctvom neutralizačných reakcií, pri ktorých kyselina reaguje so zásadou.
Soli sú základné zlúčeniny, ktoré sa nachádzajú všade, od kuchyne až po priemyselné závody.
Príklady solí a ich využitie:
- Chlorid sodný (NaCl): Bežná kuchynská soľ, používa sa v priemyselných procesoch vrátane výroby chlóru a žieravej sódy elektrolýzou a na odstraňovanie námrazy na cestách.
- Bromid sodný (NaBr): Používa sa v ropnom priemysle ako hustá kvapalina na stabilizáciu vrtov.
- Dusičnan draselný (KNO₃): Kľúčová zložka výbušnín a ohňostrojov.
- Chlorid vápenatý (CaCl₂): Používa sa na odmrazovanie ciest a do betónových zmesí na urýchlenie tuhnutia.
- Chlorid amónny (NH₄Cl): Nachádza sa v batériách so suchými článkami a používa sa v kovovýrobe na čistenie povrchov pred spájkovaním.
- Síran horečnatý (MgSO₄): Známy ako Epsomská soľ, používa sa v medicíne na liečbu eklampsie.
- Hydrogenuhličitan sodný (NaHCO₃): Jedlá sóda, používa sa ako čistiaci prostriedok, dezodorant a antacidum.
- Chlorid draselný (KCl): Používa sa v medicíne na liečbu alebo prevenciu nízkej hladiny draslíka v krvi.
Tieto príklady poukazujú na rozmanitosť solí a ich zásadné úlohy v každodennom živote a v priemyselných aplikáciách.
Prečítajte si tiež: Vlastnosti elektrického náboja
Elektrolyty a ich význam
„Elektrolyt“ alebo elektrolyty je zastrešujúci výraz pre minerály a soli, ktoré nesú kladný alebo záporný elektrický náboj (zdroj). Vo výžive tento termín označuje základné minerály a soli, ktoré sa nachádzajú v základných telesných tekutinách. Elektrolyty sú rozhodujúce pre udržanie fungovania nervového systému a svalov a rovnováhu telesného vnútorného prostredia.
Ľudský mozog vysiela elektrické signály cez nervové dráhy na komunikáciu s bunkami v tele. Zmeny nastávajú v dôsledku pohybu elektrolytov cez membránu nervových buniek. Vápnik totiž spôsobuje depolarizáciu receptorov, čo spôsobuje aktiváciu špeciálnych dráh a následné stiahnutie svalu. Nedostatok vápnika môže spôsobiť únavu a donútiť telo čerpať vápnik z iných zdrojov. Elektrolyty, najmä sodík, pomáhajú udržiavať rovnováhu tekutín pomocou osmózy. Hladina pH je mierou toho, ako kyslý alebo zásaditý je roztok. Napríklad krv je regulovaná tak, aby bola udržaná hladina pH okolo 7,35 až 7,45.
Nerovnováha elektrolytov sa často vyskytuje v dôsledku dehydratácie spôsobenej nadmerným teplom, vracaním alebo hnačkami. Výsledkom je, že dlhodobé cvičenie alebo aktivita, najmä v teple, môžu spôsobiť významné straty elektrolytov. Ľudia žijúci v extrémnych horúčavách alebo trénujúci vytrvalostné disciplíny by mali zvážiť ich priebežné dopĺňanie vo forme športových nápojov, iónových nápojov alebo ovocných štiav. Hlavným potravinovým zdrojom elektrolytov je ovocie a zelenina. V prípade správneho stravovania a dodržiavania pitného režimu by mala bohato stačiť vyvážená strava, ktorá obsahuje zdroje elektrolytov.
Soľ a zdravie
Soľ je prirodzene sa vyskytujúca zlúčenina, ktorá sa bežne používa na ochutenie pokrmov. Soľ, tiež známa ako chlorid sodný, je zlúčenina zložená približne zo 40 % sodíka a 60 % chloridu, dvoch minerálov, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v zdraví a živote človeka. Jednotlivé koncentrácie týchto látok sú starostlivo regulované telom a v prípade výkyvov to môže viesť k negatívnym a vedľajším účinkom. Samotný sodík sa podieľa na svalových kontrakciách. Chlorid je na druhej strane druhým najpočetnejším elektrolytom v krvi po podaní sodíka. Nízka hladina chloridu môže viesť k stavu nazývanému respiračná acidóza, počas ktorej sa v krvi tvorí oxid uhličitý, čo spôsobuje, že sa stáva kyslejšou.
Niektoré dôkazy hovoria o tom, že nadmerný príjem soli môže súvisieť so zvýšeným rizikom rakoviny žalúdka. Vysoký krvný tlak môže spôsobiť zvýšené napätie srdca a je jedným z rizikových faktorov srdcovo-cievnych ochorení. Niekoľko štúdií ukázalo, že aj diéty s nízkym obsahom soli môžu súvisieť so zvýšenou hladinou cholesterolu a triglyceridmi v krvi. Aby ste dosiahli optimálne hodnoty vo vašom príjme sodíka, skúste vymeniť spracované potraviny.
Vodíkové palivo z morskej vody
V rámci ochrany životného prostredia a meniacej sa klímy, spoločnosti a vedci sa snažia o čo najekologickejšie riešenia v každej oblasti. Vodíkové palivo sa javí ako vhodná alternatíva za fosílne palivá. Pomocou elektród vedci dokážu rozdeliť morskú vodu a tak vytvoriť vodíkové palivo. Pri tomto procese bežne vzniká korozívny a toxický plynný chlór.
Nová metóda však umožňuje pomocou elektrolýzy vytvoriť čisté palivo bez potreby použitia čistej vody. Elektrický náboj, ktorý sa používa na separáciu soli v morskej vode, priťahuje kyslík, čo vedie ku vzniku toxického plynného chlóru, čo má za následok koróziu zariadenia. A práve tento problém rieši startup Equatic. Plynný chlór má škodlivé účinky na životné prostredie, ale aj na zdravie ľudí.
Spoluzakladateľ Equaticu, Xin Chen a jeho tím vyvinuli špeciálnu anódu, ktorá dokáže selektívne rozkladať molekuly vody a kyslíka bez toho, aby sa rozdelila aj soľ. Voda sa pretlačí cez vrstvu, ktorá zabraňuje vzniku chlóru a umožňuje vyrábať vodíkové palivo z morskej vody bez toho, aby stroj začal korodovať.
Vedci predpokladajú, že zariadenie bude schopné fungovať tri roky bez nutnosti výmeny alebo úpravy anódy.
tags: #elektricky #naboj #a #sol