"Натрий для капитана Немо - 4" или "Батареи Бунзена на амальгаме натрия"

1) Что же такое "батарея Бунзена"? Когда я впервые добрался до "20 000 лье под водой", я обратил внимание на то, что источником электрической энергии для подводной лодки служили уже упомянутые "батареи Бунзена". В послесловии говорилось, что это "привычные современному человеку батарейки с цинковым анодом и угольным катодом".

Если же говорить "о деталях", то "батареи Бунзена" состоят из "ячеек Бунзена", потому и "батарея".  Классическая ячейка Бунзена содержит в анодной ячейке цинк и серную кислоту. 

Реакция на аноде: Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + 2 H+   + 2e  Электроны, как и положено, уходят по проводу. 

В катодной же ячейке у него угольный катод (не расходуется, в чем я убеждался неоднократно, потроша "севшие" батарейки) и азотная кислота. Реакция:  2 HNO3  +  2H+  + 2 e  ->  2 H2O + 2 NO2   Электроны втекают в катодную ячейку по проводу, а катионы водорода проходят из анодной ячейки через пористую мембрану.

Суммарная реакция выглядит так:  Zn + H2SO4  + 2 HNO3  = ZnSO4 + 2 H2O  + 2 NO2  

2) Какова её энергоёмкость?  Ещё в детстве я изумился идее, что из батареек можно сложить источник энергии, на котором месяцами с бешеной скоростью носится подлодка, но, будучи третьеклассником , доверился печатному слову. Позже выяснилось, что  даже современники Жюля Верна плохо умели считать энергоёмкость батарей, что уж говорить про великого популяризатора?  А мы с вами давайте  прикинем.

В этой ячейке с 1 моля, т.е. 65,4 грамм цинка удаётся получить 2 * 96500 Кл  или 53,61 Ампер-часов напряжение элемента - 1,9 В.  Т.е. при (совершенно недостижимом в реальности) 100% КПД  получают 0,10186  кВт.ч. 

Или 1,557 кВт.ч./кг (по цинку).

Напоминаю, это при 100% КПД, а он недостижим, т.к. есть так называемое "внутреннее сопротивление батареи", да и часть тока "утекает" внутри ячейки, не через провода.

Капитан Немо говорит, что на амальгаме натрия батареи дают вдвое более высокое напряжение, а выход тока с килограмма натрия выше в 65,4/2/23 = 1,42 раза.   Если верить капитану Немо, то его батареи выдают 1,557 * 2  * 1,42 = 4,42 кВт.ч./кг (при недостижимом 100%  КПД).

3) Точно ли мы всё учли?  Разумеется, нет.  Это - при подсчёте "по расходу натрия".  А батарея состоит не только из натрия, там и ртуть с угольным катодом (не расходуемые), и серная кислота с азотной, и вода. в которой они растворены. и пористая мембрана, и провода...

А значит что?  Капитан Немо профессору Аронаксу "вешал лапшу на уши". У него не батареи, а топливные элементы. Периодически н свои батареи разбирал, вытаскивал израсходованное и пополнял.

Мне дико интересно, как он это делал в подводном положении?   

Но, положим, что нет, над переборкой батарей трудились во времена всплытия.  Теперь всё учли?  Разумеется, нет!

4) "Чего ж тебе ещё надобно, хороняка?"   Сущих  мелочей!

Во-первых, я не понимаю, откуда капитан Немо брал серную кислоту. Её расходуется в 2,13 раза больше, чем натрия. А про неё - ни слова. Во-вторых, я не очень понимаю, куда он девал выделяющийся диоксид азота. Немо сам говорит Аронаксу:

Я сразу же почувствовал какой-то неприятный запах, стоявший в помещении. Капитан Немо заметил это.

— Вы чувствуете запах газа, — сказал он, — газ выделяется при извлечении натрия. Приходится с этим мириться! Впрочем, мы каждое утро основательно вентилируем весь корабль.

Увы, Жюль Верн немного спутал. Извлечение натрия он проводит на острове, а тут выделяется оксид азота (IV), неизбежный побочный продукт работы батарей Бунзена.   И "слегка неприятным" он будет только у маломощных батарей.  А так-то его выделяется по массе 1:1 с массой натрия. Если нет эффективной системы улавливания этого газа, экипаж задохнётся моментально!  А "запах" это самые следы того, что выделяется.

В принципе, этот газ можно улавливать, охлаждать, переводить в жидкое состояние (Т кипения при нормальном давлении - (+21,1 С)).

Примечание: А при всплытии можно этот газ превращать в азотную кислоту:  4 NO2 + 2 H2O + O2 = 4 HNO3

И осуществлять рецайклинг, возвращая кислоту в батарею.  Теоретически.  Но у Жюль Верна об этом нет ни слова.

И, понятное дело, часть кислоты будет теряться, так что где-то кислоту нужно возобновлять.  

Выводы: 

1) батареи Бунзена, даже если они на амальгаме натрия, не обеспечат ни нужной мощности, ни запаса энергии.

2) Великий писатель ничего не сказал про систему удаления оксидов азота и его обратном превращении в азотную кислоту

3) Не упомянуто о том, откуда капитан Немо брал серную кислоту, а её нужно больше.

На всякий случай напомню: но любим мы Жюль Верна не за это!