Vízelektrolízis: mi például az alkalmazások

A víz elektrolízise abból áll, hogy ezt az anyagot elektromos áram segítségével lebontják, és elektrolitot adnak hozzá. Értsük meg jobban, hogy történik ez?

Olvasd el te is: Mi az elektrolízis?

Hogyan történik a vízelektrolízis?

A vízmolekulák képesek önionizálódásra, H-ionok létrehozására⁺ (vagy H₃O⁺) és ó^-:

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

vagy
2 óra₂O ↔ H₃O⁺ + OH^-

Azonban, a víz nagyon gyenge elektrolit és hiába vannak ezek az ionok, nem tud vezetni elektromos áram. Tehát annak elektrolízisének, azaz elektromos áram általi lebontásának elvégzéséhez elektrolitot, ionos oldott anyagot kell adni, amely lehet só, bázis vagy sav.

A víz elektrolízise elektromos áram áthaladásával jár.

A szelektív mentesítés elsőbbségi sorrendje

A szövegben kifejtettek szerint azonban Vizes elektrolízis, ebben az esetben nem csak a vízből származó ionok lesznek, hanem a benne oldott anyagé is. Az elektrolízis során csak egy kation és egy anion ürül ki az elektródon, vagyis egy elsőbbségi sorrendet követő szelektív mentesítés.

Ezért ahhoz, hogy a kisülendő katód és anód a vízé legyen, és ne az oldott anyagé, meg kell választani egy

sav, bázis vagy só, amelynek ionjai kevésbé könnyedén ürülnek ki az elektródákból, mint a vízben lévő ionok. Ehhez meg kell vizsgálnunk az alább látható kiemelt várólistát:

Az ionkisülés csökkenő sorrendje megkönnyíti a vizes elektrolízist

Vegye figyelembe, hogy a H alatt felsorolt ​​kationok⁺ kevésbé könnyű kirakni, mint neki. A jobb oldali táblázatban azt látjuk, hogy az OH alatti anionok^- kevésbé könnyű a kirakodás. Ezért választhatunk például sót, bázist vagy savat, amely a Na-ionokat képezi.⁺, K⁺, AT₃^-, CSAK₄^2- és így tovább, amellett, hogy ugyanazokat az ionokat képezi, mint a víz, vagyis a H⁺ és ó^-. Néhány példa: kénsav (H₂CSAK₄), nátrium-hidroxid (NaOH) és kálium-nitrát (KNO₃).

Ne álljon meg most... A reklám után még több van;)

Példa a víz elektrolízisében bekövetkezett reakciókra

Tegyük fel, hogy a víz elektrolízisét kénsav hozzáadásával hajtják végre. Ebben az esetben a következő ionok képződnek majd a közepén:

• Sav disszociáció: 1 H₂CSAK₄ → 2 H⁺ + 1 SO₄^2-

• A víz autoionizálása: H₂O → H⁺ + OH^- vagy 2 óra₂O → H₃O⁺ + OH^-

Vegye figyelembe, hogy az egyetlen létező kation a H.⁺, tehát ő szenvedi el a csökkenést (a elektronok) negatív elektródon (katódon) és hidrogéngázt fog termelniO (H₂).

Ha az anionokról beszélünk, középen két anion található, amelyek az operációs rendszer₄^2- és az ó^-. Amint a fenti táblázat mutatja, az operációs rendszer₄^2- reaktívabb és kevésbé könnyen üríthető. Így az OH^- kisül, oxidálódik (elektronokat veszít) a pozitív elektródban (anód) és gázt fog termelni oxigén(O₂):

• Katód félreakció: 4 H₃O⁺ + 4 és^- → H₂O + H₂

• Anód félreakció: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 és^-

Összeadva ezt a folyamatot, elérjük a globális egyenletet:

• Vízionizáció: 8 H₂O → 4H₃O⁺ + 4 OH^-

• Katód félreakció: 4 H₃O⁺ + 4 és^- → 4 H₂O + 2H₂

• Anód félreakció: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 és^-

• Globális egyenlet: 2H₂O → 2H₂ + 1 O₂

Vízelektrolízis illusztráció

Vegye figyelembe, hogy a termelt hidrogén térfogata kétszerese az oxigéné. A gyakorlatban azonban ezt a szigorú arányt nem ellenőrzik, mert az oxigén jobban oldódik, mint a gáz hidrogén.

Olvassa el: Alumínium megszerzése elektrolízissel

A vízelektrolízis alkalmazásai

A víz elektrolízise nagyon fontos folyamat, tekintve, hogy a hidrogén üzemanyagként felhasználható gáz. Mint a kőolaj eredetű üzemanyagok nem megújuló, a hidrogéngáz fontos alternatívává válhat.

Emellett már léteznek olyan benzingyártási módszerek, amelyek a vízelektrolízis eljárását alkalmazzák. Nézze meg, hogyan történik ez a szövegben A tudósok képesek átalakítani a szén-dioxidot benzinné.

Írta: Jennifer Fogaça
Kémia tanár

Hivatkozni szeretne erre a szövegre egy iskolai vagy tudományos munkában? Néz:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "A víz elektrolízise"; Brazil iskola. Elérhető: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm. Hozzáférés: 2021. június 28.