წყლის ელექტროლიზი: რა არის, მაგალითად, პროგრამები

წყლის ელექტროლიზი მოიცავს ამ ნივთიერების დაშლას ელექტრული დენის საშუალებით და ელექტროლიტის დამატებით. მოდით უკეთ გავიგოთ როგორ ხდება ეს?

წაიკითხე შენც: რა არის ელექტროლიზი?

როგორ ხდება წყლის ელექტროლიზი?

წყლის მოლეკულებს შეუძლიათ თვით-იონიზაცია, წარმოქმნან H იონები⁺ (ან ჰ₃ო⁺) და ოჰ^-:

ჰ₂O ↔ H⁺ + ოჰ^-

ან
2 საათი₂O ↔ H₃ო⁺ + ოჰ^-

თუმცა, წყალი არის ძალიან სუსტი ელექტროლიტი და მიუხედავად ამ იონებისა, მას არ შეუძლია ჩაატაროს ელექტრო მიმდინარე. ამრიგად, მისი ელექტროლიზის, ანუ მისი დაშლის ელექტრული დენის საშუალებით შესასრულებლად აუცილებელია ელექტროლიტის, იონური ხსნარის დამატება, რომელიც შეიძლება იყოს მარილი, ფუძე ან მჟავა.

წყლის ელექტროლიზი გულისხმობს ელექტრული დენის გავლას.

შერჩევითი გამონადენის პრიორიტეტული ბრძანება

ამასთან, როგორც ტექსტშია განმარტებული წყლის ელექტროლიზი, ამ შემთხვევაში, ჩვენ გვექნება არა მხოლოდ წყალიდან წამოსული იონები, არამედ მასში გახსნილი ნივთიერების. ელექტროლიზის დროს მხოლოდ ერთი კატიონი და ერთი ანიონი განიცდის ელექტროდს, ეს არის ა შერჩევითი გამონადენი პრიორიტეტული ბრძანების შესაბამისად.

ამრიგად, იმისათვის, რომ კათოდური და ანოდი დაიცალა იყოს წყლის და არა გახსნილი ნივთიერების, საჭიროა აირჩიოს მჟავა, ფუძე ან მარილი, რომლის იონების ნაკლებად ადვილად გამოყოფა ხდება ელექტროდიდან, ვიდრე იონების წყალში. ამისათვის ჩვენ უნდა გავეცნოთ ქვემოთ მოცემულ პრიორიტეტულ რიგს:

იონების გამონადენის შემცირება მარტივია წყლის ელექტროლიზში

გაითვალისწინეთ, რომ ქვემოთ ჩამოთვლილი კათიონები H⁺ გადმოტვირთვის ნაკლები მარტივია. მარჯვნივ მოცემულ ცხრილში ვხედავთ, რომ ანიონები OH– ს ქვემოთ^- გადმოტვირთვის ნაკლები მარტივია. ამიტომ, ჩვენ შეგვიძლია ავირჩიოთ, მაგალითად, მარილი, ფუძე ან მჟავა, რომელიც ქმნის Na იონებს.⁺კ⁺, იქ₃^-მხოლოდ₄^2- და ა.შ., გარდა ამისა, ქმნის იგივე იონებს, რაც წყალს, ანუ H- ს⁺ და ოჰ^-. რამდენიმე მაგალითია: გოგირდის მჟავა (ჰ₂მხოლოდ₄), ნატრიუმის ჰიდროქსიდს (NaOH) და კალიუმის ნიტრატს (KNO)₃).

წყლის ელექტროლიზში მომხდარი რეაქციების მაგალითი

ვთქვათ, რომ წყლის ელექტროლიზი ტარდება გოგირდმჟავას დამატებით. ამ შემთხვევაში, ჩვენ შუაში შემდეგი იონების წარმოქმნა გვექნება:

• მჟავას დისოციაცია: 1 სთ₂მხოლოდ₄ → 2 ჰ⁺ + 1 ასე რომ₄^2-

• წყლის ავტოიონიზაცია: H₂O → H⁺ + ოჰ^- ან 2 საათი₂O → H₃ო⁺ + ოჰ^-

გაითვალისწინეთ, რომ ერთადერთი არსებული კათიონი არის H.⁺, ასე რომ, ის განიცდის შემცირებას (მოგება) ელექტრონები) უარყოფით ელექტროდზე (კათოდზე) და წარმოქმნის წყალბადის გაზსო (ჰ₂).

ახლა, ანიონებზე რომ ვსაუბრობთ, შუაში ორი ანიონია, რომლებიც არის OS₄^2- და ოჰ^-. როგორც ცხრილი ზემოთ ნაჩვენებია, OS₄^2- ეს უფრო რეაქტიული და ნაკლებად ადვილია მისი განმუხტვაში. ამრიგად, OH^- დაიცლება, დაჟანგდება (კარგავს ელექტრონებს) დადებით ელექტროდში (ანოდი) და გამოიმუშავებს გაზს ჟანგბადი(ო₂):

• კათოდური ნახევრად რეაქცია: 4 სთ₃ო⁺ + 4 და^- თ₂O + H₂

• ანოდური ნახევრად რეაქცია: 4 OH^- → 2 ჰ₂O + 1 O₂ + 4 და^-

მთლიანი ამ პროცესის დამატებაზე გლობალურ განტოლებას მივაღწევთ:

• წყლის იონიზაცია: 8 სთ₂O → 4 H₃ო⁺ + 4 ოჰ^-

• კათოდური ნახევრად რეაქცია: 4 სთ₃ო⁺ + 4 და^- → 4 ჰ₂O + 2 H₂

• ანოდური ნახევრად რეაქცია: 4 OH^- → 2 ჰ₂O + 1 O₂ + 4 და^-

• გლობალური განტოლება: 2H₂O → 2 H₂ + 1 ო₂

წყლის ელექტროლიზის ილუსტრაცია

გაითვალისწინეთ, რომ წარმოებული წყალბადის მოცულობა ორჯერ მეტია ჟანგბადისგან. ამასთან, პრაქტიკაში, ეს მკაცრი თანაფარდობა არ არის გადამოწმებული, რადგან ჟანგბადი გაზში უფრო ხსნადია წყალბადის.

წაიკითხეთ ასევე: ალუმინის მიღება ელექტროლიზის საშუალებით

წყლის ელექტროლიზის გამოყენება

წყლის ელექტროლიზი ძალიან მნიშვნელოვანი პროცესია, იმის გათვალისწინებით, რომ წყალბადის არის გაზი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც საწვავი. Მსგავსად ნავთობიდან მიღებული საწვავი არ არის განახლებადი, წყალბადის გაზი შეიძლება გახდეს მნიშვნელოვანი ალტერნატივა.

გარდა ამისა, უკვე არსებობს ბენზინის წარმოების მეთოდები, რომლებიც იყენებენ წყლის ელექტროლიზის პროცესს. იხილეთ როგორ ხდება ეს ტექსტში მეცნიერებს შეუძლიათ ნახშირორჟანგის ბენზინად გარდაქმნა.

ჯენიფერ ფოგაჩას მიერ
ქიმიის მასწავლებელი

წყარო: ბრაზილიის სკოლა - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm