L'elettrolisi dell'acqua consiste nella decomposizione di questa sostanza per mezzo di una corrente elettrica e l'aggiunta di un elettrolita. Capiamo meglio come questo accade?
Leggi anche tu: Cos'è l'elettrolisi?
Come avviene l'elettrolisi dell'acqua?
Le molecole d'acqua sono in grado di autoionizzarsi, generando ioni H+ (o H3oh+) e oh-:
H2O ↔ H+ + OH-
o
2 ore2O ↔ H3oh+ + OH-
Tuttavia, l'acqua è un elettrolita molto debole e, pur avendo questi ioni, non può condurre corrente elettrica. Quindi, per effettuare la sua elettrolisi, cioè la sua decomposizione per mezzo di una corrente elettrica, è necessario aggiungere un elettrolita, un soluto ionico che può essere un sale, una base o un acido.
Ordine di priorità per il discarico selettivo
Tuttavia, come spiegato nel testo Elettrolisi acquosa, in questo caso, non avremo solo gli ioni provenienti dall'acqua, ma anche quelli della sostanza che era disciolta in essa. Nell'elettrolisi, all'elettrodo vengono scaricati solo un catione e un anione, cioè è a
dimissione selettiva a seguito di un ordine di priorità.Quindi, affinché il catodo e l'anodo che verranno scaricati siano quelli dell'acqua e non quelli della sostanza disciolta, è necessario scegliere un acido, una base o un sale i cui ioni si scaricano meno facilmente dagli elettrodi rispetto agli ioni nell'acqua. Per fare ciò, dobbiamo consultare la coda prioritaria mostrata di seguito:
Si noti che i cationi elencati sotto H+ hanno meno facilità di scarico di esso. Nella tabella a destra, vediamo che gli anioni sotto l'OH- hanno meno facilità di scarico. Pertanto, possiamo scegliere, ad esempio, un sale, una base o un acido che forma gli ioni Na.+,K+, AL3-, SOLO42- e così via, oltre a formare anche gli stessi ioni dell'acqua, cioè H+ e oh-. Alcuni esempi sono: acido solforico (H2SOLO4), idrossido di sodio (NaOH) e nitrato di potassio (KNO3).
Esempio con le reazioni che si sono verificate nell'elettrolisi dell'acqua
Diciamo che viene effettuata un'elettrolisi dell'acqua con l'aggiunta di acido solforico. In questo caso avremo nel mezzo la formazione dei seguenti ioni:
Dissociazione acida: 1 H2SOLO4 → 2 ore+ + 1 SO42-
Autoionizzazione dell'acqua: H2O → H+ + OH- o 2 ore2O → H3oh+ + OH-
Si noti che l'unico catione esistente è H.+, quindi è lui che subirà la riduzione (guadagno di elettroni) sull'elettrodo negativo (catodo) e produrrà gas idrogenooh (H2).
Ora, parlando di anioni, ci sono due anioni nel mezzo, che sono gli OS42- e l'oh-. Come mostra la tabella sopra, il sistema operativo42- è più reattivo e meno facile da scaricare. Quindi, l'OH- sarà scaricato, ossidandosi (perdendo elettroni) nell'elettrodo positivo (anodo) e produrrà gas ossigeno(oh2):
Semireazione catodica: 4 H3oh+ + 4 e- → H2O+H2
Semireazione anodica: 4 OH- → 2 ore2O + 1 O2 + 4 e-
Sommando l'intero processo, arriviamo all'equazione globale:
Ionizzazione dell'acqua: 8 H2O → 4 H3oh+ + 4 OH-
Semireazione catodica: 4 H3oh+ + 4 e- → 4 ore2O + 2 H2
Semireazione anodica: 4 OH- → 2 ore2O + 1 O2 + 4 e-
Equazione globale: 2H2O → 2 H2 + 1 O2
Si noti che il volume di idrogeno prodotto è il doppio di quello dell'ossigeno. Tuttavia, in pratica, questo stretto rapporto non è verificato perché l'ossigeno è più solubile del gas idrogeno.
Leggi anche: Ottenere alluminio tramite elettrolisi
Applicazioni dell'elettrolisi dell'acqua
L'elettrolisi dell'acqua è un processo molto importante, considerando che l'idrogeno è un gas che può essere utilizzato come combustibile. Come il combustibili derivati dal petrolio non sono rinnovabili, l'idrogeno potrebbe diventare un'importante alternativa.
Inoltre, esistono già metodi di produzione della benzina che utilizzano il processo di elettrolisi dell'acqua. Guarda come viene fatto nel testo Gli scienziati sono in grado di trasformare l'anidride carbonica in benzina.
di Jennifer Fogaça
Insegnante di chimica
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm
