Elettrolisi dell'acqua: quali sono, ad esempio, le applicazioni

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 nonostante abbia 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.

L'elettrolisi dell'acqua comporta il passaggio di una corrente elettrica.

Ordine di priorità per lo scarico 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

scarico selettivo 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:

Ordine decrescente di facilità di scarica ionica nell'elettrolisi acquosa

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^-, SOLO₄^2- 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).

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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 H⁺ + 1 SO₄^2-

• 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 OS₄^2- e l'oh^-. Come mostra la tabella sopra, il sistema operativo₄^2- 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 H₂O + 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 H₂O + 1 O₂ + 4 e^-

• Equazione globale: 2H₂O → 2 H₂ + 1 O₂

Illustrazione di elettrolisi dell'acqua

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

Vorresti fare riferimento a questo testo in un lavoro scolastico o accademico? Guarda:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Elettrolisi dell'acqua"; Brasile Scuola. Disponibile in: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm. Consultato il 28 giugno 2021.