Die Elektrolyse von Wasser besteht aus der Zersetzung dieser Substanz durch elektrischen Strom und der Zugabe eines Elektrolyten. Lassen Sie uns besser verstehen, wie das passiert?
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Wie läuft die Wasserelektrolyse ab?
Wassermoleküle können sich selbst ionisieren und erzeugen H-Ionen,+ (oder H3Ö+) und ach-:
H2O ↔ H+ + OH-
oder
2 Stunden2O ↔ H3Ö+ + OH-
Jedoch, Wasser ist ein sehr schwacher Elektrolyt und trotz dieser Ionen kann es nicht leiten elektrischer Strom. Um seine Elektrolyse, d. h. seine Zersetzung durch elektrischen Strom, durchzuführen, ist es daher erforderlich, einen Elektrolyten, einen ionischen gelösten Stoff, der ein Salz, eine Base oder eine Säure sein kann, zuzugeben.
Prioritätsreihenfolge für selektive Entladung
Aber wie im Text erklärt Wässrige Elektrolyse, in diesem Fall haben wir nicht nur die Ionen aus dem Wasser, sondern auch die der darin gelösten Substanz. Bei der Elektrolyse wird an der Elektrode nur ein Kation und ein Anion entladen, d.h. es ist a
selektive Entladung nach einer Prioritätsreihenfolge.Damit die Kathoden und Anoden, die entladen werden, die des Wassers sind und nicht die der gelösten Substanz, muss a necessary gewählt werden Acid, eine Base oder ein Salz, dessen Ionen sich weniger leicht von den Elektroden entladen lassen als die Ionen in Wasser. Dazu müssen wir die unten gezeigte Prioritätswarteschlange konsultieren:
Beachten Sie, dass die unter dem H. aufgelisteten Kationen+ weniger leicht zu entladen als es. In der Tabelle rechts sehen wir, dass die Anionen unterhalb der OH- weniger leicht entladen werden. Daher können wir beispielsweise ein Salz, eine Base oder eine Säure wählen, die die Na-Ionen bildet.+,K+, BEI DER3-, NUR42- und so weiter, zusätzlich zur Bildung der gleichen Ionen wie Wasser, d. h. H+ und oh-. Einige Beispiele sind: Schwefelsäure (H2NUR4), Natriumhydroxid (NaOH) und Kaliumnitrat (KNO3).
Beispiel mit den Reaktionen, die bei der Elektrolyse von Wasser abliefen
Nehmen wir an, eine Elektrolyse von Wasser wird unter Zugabe von Schwefelsäure durchgeführt. In diesem Fall haben wir die Bildung der folgenden Ionen in der Mitte:
Säuredissoziation: 1 H2NUR4 → 2 H+ + 1 SO42-
Autoionisation von Wasser: H2O → H+ + OH- oder 2 Stunden2O → H3Ö+ + OH-
Beachten Sie, dass das einzige vorhandene Kation H ist.+, also wird er die Reduktion erleiden (Gewinn von Elektronen) an der negativen Elektrode (Kathode) und erzeugt WasserstoffgasÖ (H2).
Apropos Anionen, es gibt zwei Anionen in der Mitte, die das OS sind42- und das oh-. Wie die obige Tabelle zeigt, ist das Betriebssystem42- es ist reaktiver und weniger leicht zu entladen. Somit ist die OH- wird entladen, oxidiert (Elektronenverlust) in der positiven Elektrode (Anode) und erzeugt Gas Sauerstoff(Ö2):
Kathodenhalbreaktion: 4 H3Ö+ + 4 und- → H2O+H2
Anodenhalbreaktion: 4 OH- → 2 H2O + 1 O2 + 4 und-
Wenn wir diesen gesamten Prozess addieren, erhalten wir die globale Gleichung:
Wasserionisation: 8 H2O → 4 H3Ö+ + 4 OH-
Kathodenhalbreaktion: 4 H3Ö+ + 4 und- → 4 H2O + 2 H2
Anodenhalbreaktion: 4 OH- → 2 H2O + 1 O2 + 4 und-
Globale Gleichung: 2H2O → 2 H2 + 1 O2
Beachten Sie, dass das produzierte Wasserstoffvolumen doppelt so groß ist wie das von Sauerstoff. In der Praxis wird dieses strikte Verhältnis jedoch nicht überprüft, da Sauerstoff besser löslich ist als Gas Wasserstoff.
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Anwendungen der Wasserelektrolyse
Die Elektrolyse von Wasser ist ein sehr wichtiger Prozess, wenn man bedenkt, dass Wasserstoff ein Gas ist, das als Brennstoff verwendet werden kann. Wie Kraftstoffe auf Erdölbasis nicht erneuerbar sind, könnte Wasserstoffgas eine wichtige Alternative werden.
Darüber hinaus gibt es bereits Verfahren zur Benzinherstellung, die das Wasserelektrolyseverfahren verwenden. Sehen Sie im Text, wie das geht Wissenschaftler können Kohlendioxid in Benzin umwandeln.
Von Jennifer Fogaça
Chemielehrer
Quelle: Brasilien Schule - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm
