Vee elektrolüüs: mis on näiteks rakendused

Vee elektrolüüs koosneb selle aine lagundamisest elektrivoolu abil ja elektrolüüdi lisamisest. Saame paremini aru, kuidas see juhtub?

Loe ka: Mis on elektrolüüs?

Kuidas toimub vee elektrolüüs?

Veemolekulid on võimelised iseioniseeruma, tekitades H-ioone⁺ (või H₃O⁺) ja oh^-:

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

või
2 tundi₂O ↔ H₃O⁺ + OH^-

Kuid, vesi on väga nõrk elektrolüüt ja hoolimata nende ioonide olemasolust ei saa ta juhtida elektrivool. Seega on selle elektrolüüsi läbiviimiseks, see tähendab elektrivoolu abil lagundamiseks, vaja lisada elektrolüüt, ioonne soluut, mis võib olla sool, alus või hape.

Vee elektrolüüs hõlmab elektrivoolu läbimist.

Eelisjärjekord valikuliseks tühjendamiseks

Kuid nagu tekstis selgitatud Vesilahuse elektrolüüs, sel juhul on meil mitte ainult veest tulevad ioonid, vaid ka selles lahustunud aine ioonid. Elektrolüüsil eraldatakse elektroodil ainult üks katioon ja üks anioon, see tähendab, et valikuline heakskiidu andmine eelisjärjekorra alusel.

Seega, et eraldatav katood ja anood oleksid vee, mitte lahustunud aine omad, on vaja valida

hape, alus või sool, mille ioone elektroodidest eraldub vähem kui vees olevaid ioone. Selleks peame uurima allpool näidatud prioriteetset järjekorda:

Ioonlahenduse kahanev järjestus hõlbustab vesilahust elektrolüüsil

Pange tähele, et H-i all loetletud katioonid⁺ on vähem mahalaadimist kui temal. Parempoolses tabelis näeme, et OH-i all olevad anioonid^- on vähem mahalaadimist. Seetõttu võime valida näiteks Na ioone moodustava soola, aluse või happe.⁺, K⁺, JUURES₃^-, AINULT₄^2- ja nii edasi, lisaks sellele, et moodustavad ka samad ioonid nagu vesi, see tähendab H⁺ ja oh^-. Mõned näited on: väävelhape (H₂AINULT₄), naatriumhüdroksiid (NaOH) ja kaaliumnitraat (KNO₃).

Ärge lõpetage kohe... Peale reklaami on veel;)

Näide reaktsioonidest, mis toimusid vee elektrolüüsil

Oletame, et vee elektrolüüs viiakse läbi väävelhappe lisamisega. Sellisel juhul moodustame keskel järgmised ioonid:

• Happeline dissotsiatsioon: 1 H₂AINULT₄ → 2 H⁺ + 1 SO₄^2-

• Vee autoioniseerimine: H₂O → H⁺ + OH^- või 2 tundi₂O → H₃O⁺ + OH^-

Pange tähele, et ainus olemasolev katioon on H.⁺, nii et tema kannatab vähendamise all elektronid) negatiivsel elektroodil (katoodil) ja tekib gaasiline vesinikO (H₂).

Kui nüüd anioonidest rääkida, siis keskel on kaks aniooni, milleks on OS₄^2- ja oh^-. Nagu ülaltoodud tabel näitab, OS₄^2- see on reaktiivsem ja vähem kergesti tühjendatav. Seega OH^- eraldub, oksüdeerudes (kaotades elektrone) positiivses elektroodis (anoodis) ja tekitades gaasi hapnik(O₂):

• Katoodi poolreaktsioon: 4 H₃O⁺ + 4 ja^- → H₂O + H₂

• Anoodi poolreaktsioon: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 ja^-

Kogu selle protsessi kokku liites jõuame globaalse võrrandini:

• Vee ionisatsioon: 8 H₂O → 4H₃O⁺ + 4 OH^-

• Katoodi poolreaktsioon: 4 H₃O⁺ + 4 ja^- → 4 H₂O + 2H₂

• Anoodi poolreaktsioon: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 ja^-

• Globaalne võrrand: 2H₂O → 2H₂ + 1 O₂

Vee elektrolüüsi illustratsioon

Pange tähele, et toodetud vesiniku maht on kaks korda suurem kui hapniku maht. Kuid praktikas seda ranget suhet ei kontrollita, kuna hapnik lahustub paremini kui gaas vesinik.

Loe ka: Alumiiniumi saamine elektrolüüsi teel

Vee elektrolüüsi rakendused

Vee elektrolüüs on väga oluline protsess, arvestades, et vesinik on gaas, mida saab kasutada kütusena. Nagu naftast saadud kütused ei ole taastuvad, võib vesinikgaas saada oluliseks alternatiiviks.

Lisaks on juba olemas bensiini tootmise meetodid, mis kasutavad vee elektrolüüsi protsessi. Vaadake, kuidas seda tekstist tehakse Teadlased on võimelised muundama süsinikdioksiidi bensiiniks.

Autor Jennifer Fogaça
Keemiaõpetaja

Kas soovite sellele tekstile viidata koolis või akadeemilises töös? Vaata:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Vee elektrolüüs"; Brasiilia kool. Saadaval: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm. Juurdepääs 28. juunil 2021.