Електролизата на водата се състои от разлагането на това вещество посредством електрически ток и добавянето на електролит. Нека да разберем по-добре как се случва това?
Прочетете и вие: Какво е електролиза?
Как се случва водната електролиза?
Водните молекули са способни на самойонизация, генерирайки Н йони+ (или H3О+) и о-:
Н2O ↔ H+ + ОН-
или
2 часа2O ↔ H3О+ + ОН-
Въпреки това, водата е много слаб електролит и въпреки че има тези йони, той не може да проведе електрически ток. По този начин, за да се извърши неговата електролиза, т.е. разлагането му с помощта на електрически ток, е необходимо да се добави електролит, йонно разтворено вещество, което може да бъде сол, основа или киселина.
Приоритетна поръчка за селективно изхвърляне
Както обаче е обяснено в текста Водна електролиза, в този случай ще имаме не само йони, идващи от водата, но и тези на веществото, което е било разтворено в нея. При електролиза само един катион и един анион се освобождават от електрода, т.е. селективен разряд след приоритетен ред.
По този начин, за да могат катодът и анодът, които ще бъдат изхвърлени, да са тези на водата, а не тези на разтвореното вещество, е необходимо да се избере киселина, основа или сол, чиито йони се освобождават по-лесно от електродите, отколкото йоните във водата. За да направите това, трябва да се консултираме с приоритетната опашка, показана по-долу:
Имайте предвид, че катионите, изброени под Н+ имат по-малко лекота на разтоварване от него. В таблицата вдясно виждаме, че анионите под OH- имат по-малко лекота на разтоварване. Следователно можем да изберем например сол, основа или киселина, които образуват Na-йони.+, K+, НА3-, САМО42- и така нататък, освен че също образува същите йони като водата, тоест Н+ и о-. Някои примери са: сярна киселина (H2САМО4), натриев хидроксид (NaOH) и калиев нитрат (KNO3).
Пример с реакциите, настъпили при електролизата на водата
Да кажем, че се извършва електролиза на вода с добавяне на сярна киселина. В този случай ще имаме образуването на следните йони в средата:
Киселинна дисоциация: 1 Н2САМО4 → 2 ч+ + 1 SO42-
Автоионизация на водата: Н2O → H+ + ОН- или 2 часа2O → H3О+ + ОН-
Имайте предвид, че единственият съществуващ катион е H.+, така че той ще претърпи намаляване (печалба от електрони) върху отрицателния електрод (катод) и ще произвежда водороден газО (Н2).
Говорейки за аниони, в средата има два аниона, които са ОС42- и о-. Както показва таблицата по-горе, ОС42- той е по-реактивен и по-малко лесен за разреждане. По този начин OH- ще се разреди, окислява (губи електрони) в положителния електрод (анод) и ще произвежда газ кислород(О2):
Полуреакция на катода: 4 Н3О+ + 4 и- → H2O + H2
Полуреакция на анода: 4 OH- → 2 ч2O + 1 O2 + 4 и-
Като съберем целия този процес, стигаме до глобалното уравнение:
Йонизация на водата: 8 H2O → 4 H3О+ + 4 OH-
Полуреакция на катода: 4 Н3О+ + 4 и- → 4 ч2O + 2H2
Полуреакция на анода: 4 OH- → 2 ч2O + 1 O2 + 4 и-
Глобално уравнение: 2Н2O → 2 H2 + 1 O2
Имайте предвид, че обемът на произведения водород е два пъти по-голям от този на кислорода. На практика обаче това строго съотношение не е проверено, тъй като кислородът е по-разтворим от газа водород.
Прочетете също: Получаване на алуминий чрез електролиза
Приложения на водна електролиза
Електролизата на водата е много важен процес, като се има предвид, че водородът е газ, който може да се използва като гориво. Като петролни горива не са възобновяеми, водородният газ може да се превърне във важна алтернатива.
Освен това вече има методи за производство на бензин, които използват процеса на водна електролиза. Вижте как се прави това в текста Учените са в състояние да трансформират въглеродния диоксид в бензин.
От Дженифър Фогаса
Учител по химия
Източник: Бразилско училище - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm
