L'électrolyse de l'eau consiste en la décomposition de cette substance au moyen d'un courant électrique et l'ajout d'un électrolyte. Comprenons mieux comment cela se passe ?
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Comment se passe l'électrolyse de l'eau ?
Les molécules d'eau sont capables de s'auto-ioniser, générant des ions H+ (ou H3O+) et ah-:
H2O H+ + OH-
ou alors
2 heures2O H3O+ + OH-
cependant, l'eau est un électrolyte très faible et, malgré ces ions, il ne peut pas conduire courant électrique. Ainsi, pour réaliser son électrolyse, c'est-à-dire sa décomposition au moyen d'un courant électrique, il est nécessaire d'ajouter un électrolyte, un soluté ionique qui peut être un sel, une base ou un acide.
Ordre de priorité pour l'apurement sélectif
Cependant, comme expliqué dans le texte Électrolyse aqueuse, dans ce cas, nous aurons non seulement les ions provenant de l'eau, mais aussi ceux de la substance qui s'y est dissoute. En électrolyse, un seul cation et un anion sont déchargés à l'électrode, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un
décharge sélective suite à un ordre de priorité.Ainsi, pour que la cathode et l'anode qui seront évacuées soient celles de l'eau, et non celles de la substance dissoute, il faut choisir un acide, une base ou un sel dont les ions se déchargent moins facilement des électrodes que les ions dans l'eau. Pour ce faire, nous devons consulter la file d'attente prioritaire ci-dessous :
Notez que les cations énumérés sous le H+ ont moins de facilité de déchargement que lui. Dans le tableau de droite, on voit que les anions sous le OH- ont moins de facilité de déchargement. Par conséquent, nous pouvons choisir, par exemple, un sel, une base ou un acide qui forme les ions Na.+,K+, AU3-, SEUL42- et ainsi de suite, en plus de former également les mêmes ions que l'eau, c'est-à-dire H+ et oh-. Quelques exemples sont: acide sulfurique (H2SEUL4), l'hydroxyde de sodium (NaOH) et le nitrate de potassium (KNO3).
Exemple avec les réactions qui se sont produites dans l'électrolyse de l'eau
Disons qu'une électrolyse de l'eau est réalisée avec ajout d'acide sulfurique. Dans ce cas, nous aurons la formation des ions suivants au milieu :
Dissociation acide: 1 H2SEUL4 → 2 heures+ + 1 SO42-
Autoionisation de l'eau: H2O → H+ + OH- ou 2 heures2O → H3O+ + OH-
Notez que le seul cation existant est H.+, c'est donc lui qui subira la réduction (gain de électrons) sur l'électrode négative (cathode) et produira de l'hydrogène gazeuxO (H2).
Maintenant, en parlant d'anions, il y a deux anions au milieu, qui sont le système d'exploitation42- et oh-. Comme le montre le tableau ci-dessus, le système d'exploitation42- il est plus réactif et moins facile à décharger. Ainsi, l'OH- sera déchargé, s'oxydant (perdant des électrons) dans l'électrode positive (anode) et produira du gaz oxygène(O2):
Demi-réaction cathodique: 4 H3O+ + 4 et- → H2O+H2
Demi-réaction d'anode: 4 OH- → 2 heures2O + 1 O2 + 4 et-
En additionnant tout ce processus, nous arrivons à l'équation globale :
Ionisation de l'eau: 8 H2O → 4H3O+ + 4 OH-
Demi-réaction cathodique: 4 H3O+ + 4 et- → 4 heures2O + 2 H2
Demi-réaction d'anode: 4 OH- → 2 heures2O + 1 O2 + 4 et-
Équation globale: 2H2O → 2H2 + 1 O2
Notez que le volume d'hydrogène produit est le double de celui de l'oxygène. Cependant, en pratique, ce ratio strict n'est pas vérifié car l'oxygène est plus soluble que le gaz hydrogène.
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Applications de l'électrolyse de l'eau
L'électrolyse de l'eau est un processus très important, étant donné que l'hydrogène est un gaz qui peut être utilisé comme carburant. Comme le carburants dérivés du pétrole ne sont pas renouvelables, l'hydrogène gazeux pourrait devenir une alternative importante.
De plus, il existe déjà des méthodes de production d'essence qui utilisent le procédé d'électrolyse de l'eau. Voir comment cela se fait dans le texte Les scientifiques sont capables de transformer le dioxyde de carbone en essence.
Par Jennifer Fogaça
Professeur de chimie
La source: École du Brésil - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm