Ηλεκτρόλυση νερού: τι είναι, για παράδειγμα, εφαρμογές

Η ηλεκτρόλυση του νερού συνίσταται στην αποσύνθεση αυτής της ουσίας μέσω ενός ηλεκτρικού ρεύματος και της προσθήκης ενός ηλεκτρολύτη. Ας καταλάβουμε καλύτερα πώς συμβαίνει αυτό;

Διαβάστε επίσης: Τι είναι η ηλεκτρόλυση;

Πώς συμβαίνει η ηλεκτρόλυση του νερού;

Τα μόρια του νερού είναι ικανά αυτο-ιονισμού, δημιουργώντας ιόντα Η⁺ (ή Η₃Ο⁺και ω^-:

Η₂O ↔ Η⁺ + Ω^-

ή
2 ώρες₂O ↔ Η₃Ο⁺ + Ω^-

Ωστόσο, το νερό είναι ένας πολύ αδύναμος ηλεκτρολύτης και παρά το ότι έχουν αυτά τα ιόντα, δεν μπορεί να συμπεριφερθεί ηλεκτρικό ρεύμα. Έτσι, για να πραγματοποιηθεί η ηλεκτρόλυση, δηλαδή η αποσύνθεσή του μέσω ηλεκτρικού ρεύματος, είναι απαραίτητο να προστεθεί ένας ηλεκτρολύτης, μια ιοντική διαλυμένη ουσία που μπορεί να είναι ένα άλας, μια βάση ή ένα οξύ.

Η ηλεκτρόλυση του νερού περιλαμβάνει τη διέλευση ενός ηλεκτρικού ρεύματος.

Παραγγελία προτεραιότητας για επιλεκτική απαλλαγή

Ωστόσο, όπως εξηγείται στο κείμενο Υδατική ηλεκτρόλυση, σε αυτήν την περίπτωση, δεν θα έχουμε μόνο τα ιόντα που προέρχονται από το νερό, αλλά και εκείνα της ουσίας που διαλύθηκε σε αυτό. Στην ηλεκτρόλυση, μόνο ένα κατιόν και ένα ανιόν εκφορτώνονται στο ηλεκτρόδιο, δηλαδή είναι

επιλεκτική απαλλαγή μετά από σειρά προτεραιότητας.

Έτσι, προκειμένου η κάθοδος και η άνοδος που θα εκφορτιστούν να είναι αυτές του νερού και όχι εκείνες της διαλυμένης ουσίας, είναι απαραίτητο να επιλέξετε οξύ, μια βάση ή ένα άλας του οποίου τα ιόντα απορρίπτονται λιγότερο εύκολα από τα ηλεκτρόδια από τα ιόντα στο νερό. Για να γίνει αυτό, πρέπει να συμβουλευτούμε την ουρά προτεραιότητας που φαίνεται παρακάτω:

Η φθίνουσα σειρά της εκφόρτισης ιόντων διευκολύνει στην υδατική ηλεκτρόλυση

Σημειώστε ότι τα κατιόντα που αναφέρονται κάτω από το H⁺ έχουν λιγότερη ευκολία εκφόρτωσης από αυτήν. Στον πίνακα στα δεξιά, βλέπουμε ότι τα ανιόντα κάτω από το OH^- έχουν λιγότερη ευκολία εκφόρτωσης. Επομένως, μπορούμε να επιλέξουμε, για παράδειγμα, ένα αλάτι, μια βάση ή ένα οξύ που σχηματίζει τα ιόντα Na.⁺,Κ⁺, ΣΤΟ₃^-, ΜΟΝΟ₄^2- και ούτω καθεξής, εκτός από το σχηματισμό των ίδιων ιόντων με το νερό, δηλαδή, H⁺ και ω^-. Μερικά παραδείγματα είναι: θειικό οξύ (Η₂ΜΟΝΟ₄), υδροξείδιο του νατρίου (NaOH) και νιτρικό κάλιο (KNO₃).

Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση;)

Παράδειγμα με τις αντιδράσεις που σημειώθηκαν στην ηλεκτρόλυση του νερού

Ας πούμε ότι πραγματοποιείται ηλεκτρόλυση νερού με την προσθήκη θειικού οξέος. Σε αυτήν την περίπτωση, θα έχουμε τον σχηματισμό των ακόλουθων ιόντων στη μέση:

• Διάσταση οξέος: 1 Η₂ΜΟΝΟ₄ → 2 Ω⁺ + 1 SO₄^2-

• Αυτοματοποίηση νερού: Η₂O → Η⁺ + Ω^- ή 2 ώρες₂O → Η₃Ο⁺ + Ω^-

Σημειώστε ότι το μόνο υπάρχον κατιόν είναι H.⁺, έτσι είναι αυτός που θα υποστεί μείωση (κέρδος από ηλεκτρόνια) στο αρνητικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος) και θα παράγει αέριο υδρογόνοΟ (Η₂).

Τώρα, μιλώντας για ανιόντα, υπάρχουν δύο ανιόντα στη μέση, τα οποία είναι το λειτουργικό σύστημα₄^2- και το ω^-. Όπως δείχνει ο παραπάνω πίνακας, το λειτουργικό σύστημα₄^2- είναι πιο αντιδραστικό και λιγότερο εύκολο να εκφορτιστεί. Έτσι, το OH^- θα εκφορτιστεί, οξειδώνοντας (χάνοντας ηλεκτρόνια) στο θετικό ηλεκτρόδιο (άνοδο) και θα παράγει αέριο οξυγόνο(Ο₂):

• Μισή αντίδραση καθόδου: 4 Η₃Ο⁺ +4 και^- → Η₂Ο + Η₂

• Ημι-αντίδραση ανόδου: 4 ΟΗ^- → 2 Ω₂Ο + 1 Ο₂ +4 και^-

Προσθέτοντας όλη αυτή τη διαδικασία, φτάνουμε στην παγκόσμια εξίσωση:

• Ιονισμός νερού: 8 Η₂O → 4 Η₃Ο⁺ + 4 Ω^-

• Μισή αντίδραση καθόδου: 4 Η₃Ο⁺ +4 και^- → 4 Η₂Ο + 2 Η₂

• Ημι-αντίδραση ανόδου: 4 ΟΗ^- → 2 Ω₂Ο + 1 Ο₂ +4 και^-

• Παγκόσμια εξίσωση: 2Η₂O → 2 Η₂ + 1 Ο₂

Εικονογράφηση ηλεκτρόλυση νερού

Σημειώστε ότι ο όγκος του παραγόμενου υδρογόνου είναι διπλάσιος του οξυγόνου. Ωστόσο, στην πράξη, αυτός ο αυστηρός λόγος δεν επαληθεύεται επειδή το οξυγόνο είναι πιο διαλυτό από το αέριο υδρογόνο.

Διαβάστε επίσης: Λήψη αργιλίου μέσω ηλεκτρόλυσης

Εφαρμογές ηλεκτρόλυσης νερού

Η ηλεκτρόλυση του νερού είναι μια πολύ σημαντική διαδικασία, δεδομένου ότι το υδρογόνο είναι ένα αέριο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο. Σαν το καύσιμα που προέρχονται από πετρέλαιο δεν είναι ανανεώσιμα, το αέριο υδρογόνο θα μπορούσε να γίνει μια σημαντική εναλλακτική λύση.

Επιπλέον, υπάρχουν ήδη μέθοδοι παραγωγής βενζίνης που χρησιμοποιούν τη διαδικασία ηλεκτρόλυσης νερού. Δείτε πώς γίνεται αυτό στο κείμενο Οι επιστήμονες είναι σε θέση να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα σε βενζίνη.

Από την Jennifer Fogaça
Καθηγητής Χημείας

Θα θέλατε να αναφέρετε αυτό το κείμενο σε σχολείο ή ακαδημαϊκό έργο; Κοίτα:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Ηλεκτρόλυση νερού" · Σχολείο της Βραζιλίας. Διαθέσιμο σε: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm. Πρόσβαση στις 28 Ιουνίου 2021.