אלקטרוליזת מים: מה זה, למשל, יישומים

אלקטרוליזה של מים מורכבת מפירוק חומר זה באמצעות זרם חשמלי ותוספת של אלקטרוליט. בואו ונבין טוב יותר איך זה קורה?

קרא גם: מהי אלקטרוליזה?

כיצד מתרחשת אלקטרוליזת מים?

מולקולות מים מסוגלות ליינון עצמי, לייצר יוני H⁺ (או H₃או⁺) ואה^-:

ה₂O ↔ H⁺ + אה^-

אוֹ
שעתיים₂O ↔ H₃או⁺ + אה^-

למרות זאת, מים הם אלקטרוליט חלש מאוד ולמרות שיש לו יונים אלה, הוא לא יכול להתנהל זרם חשמלי. לפיכך, כדי לבצע את האלקטרוליזה שלו, כלומר את פירוקו באמצעות זרם חשמלי, יש צורך להוסיף אלקטרוליט, מומס יוני שיכול להיות מלח, בסיס או חומצה.

אלקטרוליזה של מים כוללת מעבר של זרם חשמלי.

צו עדיפות לשחרור סלקטיבי

עם זאת, כמוסבר בטקסט אלקטרוליזה מימית, במקרה זה, לא יהיו לנו רק היונים המגיעים מהמים, אלא גם אלה של החומר שהומס בהם. באלקטרוליזה רק קטיון אחד ואניון אחד משוחררים באלקטרודה, כלומר, זה פריקה סלקטיבית בעקבות צו עדיפות.

לפיכך, על מנת שהקתודה והאנודה שיוזרמו יהיו אלה של המים, ולא אלה של החומר המומס, יש צורך לבחור חוּמצָה, בסיס או מלח שיוניו נשלפים בקלות רבה יותר מהאלקטרודות מאשר היונים במים. לשם כך, עלינו להתייעץ עם תור העדיפות המוצג להלן:

סדר יורד של פריקת יונים בקלות באלקטרוליזה מימית

שים לב כי הקטיונים המפורטים מתחת ל- H⁺ יש פחות קלות מהפריקה ממנו. בטבלה מימין אנו רואים שהאניונים שמתחת ל- OH^- יש פחות קלות לפריקה. לכן, אנו יכולים לבחור, למשל, מלח, בסיס או חומצה היוצרים את יוני ה- Na.⁺, ק⁺, ב₃^-, רק₄^2- וכן הלאה, בנוסף ליצירת אותם יונים כמו מים, כלומר H⁺ ואה^-. חלק מהדוגמאות הן: חומצה גופרתית (ח₂רק₄), נתרן הידרוקסיד (NaOH) ואשלגן חנקתי (KNO₃).

דוגמה לתגובות שהתרחשו באלקטרוליזה של מים

נניח כי אלקטרוליזה של מים מתבצעת בתוספת חומצה גופרתית. במקרה זה, תהיה לנו היווצרותם של היונים הבאים באמצע:

• דיסוציאציה לחומצה: 1 H₂רק₄ → 2 ח⁺ + 1 SO₄^2-

• אוטומציה של מים: H₂O → H⁺ + אה^- או שעתיים₂O → H₃או⁺ + אה^-

שים לב שהקטיון היחיד הקיים הוא H.⁺, כך הוא זה שיסבול מצמצום (רווח של אלקטרונים) על האלקטרודה השלילית (קתודה) ותייצר גז מימןאו (ה₂).

עכשיו, אם כבר מדברים על אניונים, יש שני אניונים באמצע שהם מערכת ההפעלה₄^2- ואה^-. כפי שמוצג בטבלה לעיל, מערכת ההפעלה₄^2- זה יותר תגובתי ופחות קל לפרוק אותו. לפיכך, ה- OH^- ישוחרר, מתחמצן (מאבד אלקטרונים) באלקטרודה החיובית (האנודה) וייצור גז חַמצָן(או₂):

• חצי תגובה של קתודה: 4 H₃או⁺ + 4 ו^- → H₂O + H₂

• חצי תגובה של האנודה: 4 OH^- → 2 ח₂O + 1 O₂ + 4 ו^-

מוסיף את כל התהליך הזה, אנו מגיעים למשוואה הגלובלית:

• יינון מים: 8 ח '₂O → 4 H₃או⁺ + 4 אוה^-

• חצי תגובה של קתודה: 4 H₃או⁺ + 4 ו^- → 4 H₂O + 2 H₂

• חצי תגובה של האנודה: 4 OH^- → 2 ח₂O + 1 O₂ + 4 ו^-

• משוואה גלובלית: 2H₂O → 2 H₂ + 1 O₂

איור אלקטרוליזה במים

שים לב שנפח המימן המיוצר הוא כפול מזה של חמצן. עם זאת, בפועל, יחס קפדני זה אינו מאומת מכיוון שחמצן מסיס יותר מגז מֵימָן.

קרא גם: השגת אלומיניום באמצעות אלקטרוליזה

יישומים של אלקטרוליזת מים

אלקטרוליזה של מים היא תהליך חשוב מאוד, בהתחשב בכך שמימן הוא גז שיכול לשמש כדלק. כמו דלקים שמקורם בנפט אינם מתחדשים, גז מימן יכול להפוך לחלופה חשובה.

בנוסף, ישנן כבר שיטות ייצור בנזין המשתמשות בתהליך אלקטרוליזת מים. ראה כיצד זה נעשה בטקסט מדענים יכולים להפוך פחמן דו חמצני לבנזין.

מאת ג'ניפר פוגאצה
מורה לכימיה

מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm