Ūdens elektrolīze: kas ir, piemēram, pielietojums

Ūdens elektrolīze sastāv no šīs vielas sadalīšanās, izmantojot elektrisko strāvu, un pievienojot elektrolītu. Labāk sapratīsim, kā tas notiek?

Lasīt arī: Kas ir elektrolīze?

Kā notiek ūdens elektrolīze?

Ūdens molekulas ir spējīgas paš jonizēties, radot H jonus⁺ (vai H₃O⁺) un ak^-:

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

vai
2 stundas₂O ↔ H₃O⁺ + OH^-

Tomēr ūdens ir ļoti vājš elektrolīts un, neskatoties uz šo jonu klātbūtni, tas nevar vadīt elektriskā strāva. Tādējādi, lai veiktu tā elektrolīzi, tas ir, sadalīšanos ar elektriskās strāvas palīdzību, ir jāpievieno elektrolīts, jonu izšķīdis, kas var būt sāls, bāze vai skābe.

Ūdens elektrolīze ietver elektriskās strāvas pāreju.

Prioritārā secība selektīvai izlādei

Tomēr, kā paskaidrots tekstā Ūdens elektrolīze, šajā gadījumā mums būs ne tikai joni, kas nāk no ūdens, bet arī tajā izšķīdušās vielas joni. Elektrolīzē pie elektroda tiek izvadīts tikai viens katjons un viens anjons, tas ir, tas ir selektīva izlāde pēc prioritārā rīkojuma.

Tādējādi, lai izlādētais katods un anods būtu ūdens, nevis izšķīdušās vielas, jāizvēlas

skābe, bāze vai sāls, kura joni no elektrodiem tiek izvadīti mazāk viegli nekā ūdenī esošie joni. Lai to izdarītu, mums jākonsultējas ar zemāk redzamo prioritāro rindu:

Jonu izlādes dilstošā secība atvieglo ūdens elektrolīzi

Ņemiet vērā, ka katjoni, kas uzskaitīti zem H⁺ ir vieglāk izkraut nekā tas. Labajā tabulā mēs redzam, ka anjoni zem OH^- ir vieglāk izkraut. Tāpēc mēs varam izvēlēties, piemēram, sāli, bāzi vai skābi, kas veido Na jonus.⁺, K⁺, PIE₃^-, TIKAI₄^2- un tā tālāk, papildus tam, ka veido arī tādus pašus jonus kā ūdens, tas ir, H⁺ un ak^-. Daži piemēri: sērskābe (H₂TIKAI₄), nātrija hidroksīds (NaOH) un kālija nitrāts (KNO₃).

Piemērs ar reakcijām, kas notika ūdens elektrolīzē

Pieņemsim, ka ūdens elektrolīzi veic, pievienojot sērskābi. Šajā gadījumā mums būs šādu jonu veidošanās vidū:

• Skābes disociācija: 1 H₂TIKAI₄ → 2 H⁺ + 1 SO₄^2-

• Ūdens autoionizācija: H₂O → H⁺ + OH^- vai 2 stundas₂O → H₃O⁺ + OH^-

Ņemiet vērā, ka vienīgais esošais katjons ir H.⁺, tāpēc tieši viņš cietīs samazinājumu (ieguvums no elektroni) uz negatīvā elektroda (katoda) un radīs ūdeņraža gāziO (H₂).

Tagad, runājot par anjoniem, vidū ir divi anjoni, kas ir OS₄^2- un ak^-. Kā redzams tabulā iepriekš, OS₄^2- tas ir reaktīvāks un mazāk viegli izlādējams. Tādējādi OH^- tiks izlādēti, oksidējoties (zaudējot elektronus) pozitīvajā elektrodā (anodā) un radot gāzi skābeklis(O₂):

• Katoda pusreakcija: 4 H₃O⁺ + 4 un^- → H₂O + H₂

• Anoda pusreakcija: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 un^-

Saskaitot visu šo procesu, mēs nonākam pie globālā vienādojuma:

• Ūdens jonizācija: 8 H₂O → 4H₃O⁺ + 4 OH^-

• Katoda pusreakcija: 4 H₃O⁺ + 4 un^- → 4 H₂O + 2H₂

• Anoda pusreakcija: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 un^-

• Globālais vienādojums: 2H₂O → 2 H₂ + 1 O₂

Ūdens elektrolīzes ilustrācija

Ņemiet vērā, ka saražotā ūdeņraža daudzums ir divreiz lielāks nekā skābekļa. Tomēr praksē šī stingrā attiecība netiek pārbaudīta, jo skābeklis ir labāk šķīstošs nekā gāze ūdeņradis.

Lasiet arī: Alumīnija iegūšana elektrolīzes ceļā

Ūdens elektrolīzes pielietojums

Ūdens elektrolīze ir ļoti svarīgs process, ņemot vērā, ka ūdeņradis ir gāze, kuru var izmantot kā degvielu. Kā no naftas iegūtas degvielas nav atjaunojami, ūdeņraža gāze varētu kļūt par svarīgu alternatīvu.

Turklāt jau pastāv benzīna ražošanas metodes, kurās izmanto ūdens elektrolīzes procesu. Skatiet, kā tas tiek darīts tekstā Zinātnieki spēj pārveidot oglekļa dioksīdu par benzīnu.

Autore Jennifer Fogaça
Ķīmijas skolotājs

Avots: Brazīlijas skola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm