Veden elektrolyysi: mikä on esimerkiksi sovelluksia

Veden elektrolyysi koostuu tämän aineen hajoamisesta sähkövirran avulla ja elektrolyytin lisäyksestä. Ymmärretään paremmin, miten tämä tapahtuu?

Lue myös: Mikä on elektrolyysi?

Kuinka veden elektrolyysi tapahtuu?

Vesimolekyylit kykenevät itsensä ionisoitumaan ja muodostavat H-ioneja⁺ (tai H₃O⁺) ja oh^-:

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

tai
2 tuntia₂O ↔ H₃O⁺ + OH^-

Kuitenkin, vesi on erittäin heikko elektrolyytti ja huolimatta siitä, että sillä on näitä ioneja, se ei voi johtaa sähkövirta. Siten sen elektrolyysin, ts. Hajoamisen suorittamiseksi sähkövirralla, on lisättävä elektrolyytti, ioninen liuoteaine, joka voi olla suola, emäs tai happo.

Veden elektrolyysi merkitsee sähkövirran kulkua.

Etujärjestys valikoivaa purkamista varten

Kuitenkin, kuten tekstissä selitetään Vesipitoinen elektrolyysi, tässä tapauksessa meillä ei ole vain vedestä tulevia ioneja, vaan myös siihen liuenneen aineen ioneja. Elektrolyysissä vain yksi kationi ja yksi anioni purkautuvat elektrodista, toisin sanoen se on valikoiva purkaminen prioriteettijärjestyksen mukaisesti.

Siten, jotta purkautuva katodi ja anodi ovat veden eikä liuenneen aineen katodit ja anodit, on tarpeen valita happo, emäs tai suola, jonka ionit poistuvat vähemmän helposti elektrodeista kuin vedessä olevat ionit. Tätä varten meidän on tutkittava alla esitetty prioriteettijono:

Ionin purkautumisen aleneva järjestys helpottaa vesipitoista elektrolyysiä

Huomaa, että H: n alapuolella luetellut kationit⁺ on vähemmän helppoa purkaa kuin se. Oikealla olevassa taulukossa näemme, että OH: n alapuolella olevat anionit^- on vähemmän helppoa purkaa. Siksi voimme valita esimerkiksi suolan, emäksen tai hapon, joka muodostaa Na-ionit.⁺, K⁺,₃^-, VAIN₄^2- ja niin edelleen sen lisäksi, että muodostavat myös samat ionit kuin vesi, toisin sanoen H⁺ ja oh^-. Joitakin esimerkkejä ovat: rikkihappo (H₂VAIN₄), natriumhydroksidia (NaOH) ja kaliumnitraattia (KNO₃).

Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)

Esimerkki reaktioista, jotka tapahtuivat veden elektrolyysissä

Sanotaan, että veden elektrolyysi suoritetaan lisäämällä rikkihappoa. Tässä tapauksessa keskelle muodostuu seuraavat ionit:

• Hapon dissosiaatio: 1 H₂VAIN₄ → 2 H⁺ + 1 SO₄^2-

• Veden autoionisaatio: H₂O → H⁺ + OH^- tai 2 tuntia₂O → H₃O⁺ + OH^-

Huomaa, että ainoa olemassa oleva kationi on H.⁺, joten hän kärsii vähennyksestä ( elektronit) negatiivisessa elektrodissa (katodi) ja tuottaa vetykaasuaO (H₂).

Anioneista puhuen, keskellä on kaksi anionia, jotka ovat käyttöjärjestelmä₄^2- ja oh^-. Kuten yllä oleva taulukko osoittaa, käyttöjärjestelmä₄^2- se on reaktiivisempi ja vähemmän helppo tyhjentää. Näin ollen OH^- purkautuu, hapettuen (menettää elektroneja) positiivisessa elektrodissa (anodi) ja tuottaa kaasua happi(O₂):

• Katodin puolireaktio: 4 H₃O⁺ + 4 ja^- → H₂O + H₂

• Anodin puolireaktio: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 ja^-

Kun koko tämä prosessi lasketaan yhteen, saavutetaan globaali yhtälö:

• Veden ionisaatio: 8 H₂O → 4 H₃O⁺ + 4 OH^-

• Katodin puolireaktio: 4 H₃O⁺ + 4 ja^- → 4 H₂O + 2H₂

• Anodin puolireaktio: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 ja^-

• Globaali yhtälö: 2H₂O → 2H₂ + 1 O₂

Veden elektrolyysikuvitus

Huomaa, että tuotetun vedyn tilavuus on kaksinkertainen hapen tilavuuteen. Käytännössä tätä tiukkaa suhdetta ei kuitenkaan voida vahvistaa, koska happi on liukoisempi kuin kaasu vety.

Lue myös: Alumiinin saaminen elektrolyysin avulla

Veden elektrolyysin sovellukset

Veden elektrolyysi on erittäin tärkeä prosessi, kun otetaan huomioon, että vety on kaasu, jota voidaan käyttää polttoaineena. Kuin öljypohjaiset polttoaineet eivät ole uusiutuvia, vetykaasusta voi tulla tärkeä vaihtoehto.

Lisäksi on jo olemassa bensiinin tuotantomenetelmiä, joissa käytetään vesielektrolyysimenetelmää. Katso, miten tämä tapahtuu tekstissä Tutkijat pystyvät muuttamaan hiilidioksidin bensiiniksi.

Kirjailija: Jennifer Fogaça
Kemian opettaja

Haluatko viitata tähän tekstiin koulussa tai akateemisessa työssä? Katso:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Veden elektrolyysi"; Brasilian koulu. Saatavilla: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm. Pääsy 28. kesäkuuta 2021.