Waterelektrolyse: wat zijn bijvoorbeeld toepassingen?

De elektrolyse van water bestaat uit het ontleden van deze stof door middel van een elektrische stroom en het toevoegen van een elektrolyt. Laten we beter begrijpen hoe dit gebeurt?

Lees ook: Wat is elektrolyse?

Hoe gebeurt waterelektrolyse?

Watermoleculen zijn in staat tot zelfionisatie en genereren H-ionen⁺ (of H₃O⁺) en oh^-:

H₂O H⁺ + OH^-

of
twee uur₂O H₃O⁺ + OH^-

Echter, water is een zeer zwak elektrolyt en ondanks dat het deze ionen heeft, kan het niet geleiden elektrische stroom. Dus om zijn elektrolyse uit te voeren, dat wil zeggen zijn ontleding door middel van een elektrische stroom, is het noodzakelijk om een ​​elektrolyt toe te voegen, een ionische opgeloste stof die een zout, een base of een zuur kan zijn.

De elektrolyse van water omvat de doorgang van een elektrische stroom.

Prioriteitsvolgorde voor selectieve kwijting

Echter, zoals uitgelegd in de tekst Waterige elektrolyse, in dit geval hebben we niet alleen de ionen die uit het water komen, maar ook die van de stof die erin is opgelost. Bij elektrolyse worden slechts één kation en één anion aan de elektrode ontladen, dat wil zeggen, het is een

selectieve ontlading na een prioriteitsvolgorde.

Om ervoor te zorgen dat de kathode en anode die zullen worden afgevoerd die van het water zijn en niet die van de opgeloste stof, is het noodzakelijk om een zuur, een base of een zout waarvan de ionen minder gemakkelijk van de elektroden worden afgevoerd dan de ionen in water. Om dit te doen, moeten we de onderstaande prioriteitswachtrij raadplegen:

Aflopende volgorde van ionenontladingsgemak bij waterige elektrolyse

Merk op dat de onder de H. vermelde kationen⁺ hebben minder gemak van lossen dan het. In de tabel hiernaast zien we dat de anionen onder de OH^- minder gemakkelijk kunnen lossen. Daarom kunnen we bijvoorbeeld een zout, een base of een zuur kiezen dat de Na-ionen vormt.⁺,K⁺, BIJ DE₃^-, ENKEL EN ALLEEN₄^2- enzovoort, naast het vormen van dezelfde ionen als water, namelijk H⁺ en oh^-. Enkele voorbeelden zijn: zwavelzuur (H₂ENKEL EN ALLEEN₄), natriumhydroxide (NaOH) en kaliumnitraat (KNO₃).

Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)

Voorbeeld met de reacties die optraden bij de elektrolyse van water

Laten we zeggen dat een elektrolyse van water wordt uitgevoerd met toevoeging van zwavelzuur. In dit geval hebben we de vorming van de volgende ionen in het midden:

• Zuurdissociatie: 1 H₂ENKEL EN ALLEEN₄ → 2 H⁺ + 1 SO₄^2-

• Auto-ionisatie van water: H₂O → H⁺ + OH^- of 2 uur₂O → H₃O⁺ + OH^-

Merk op dat het enige bestaande kation H.⁺, dus hij is het die zal lijden onder vermindering (winst van) elektronen) op de negatieve elektrode (kathode) en zal waterstofgas producerenO (H₂).

Nu we het toch over anionen hebben, er zijn twee anionen in het midden, de OS₄^2- en de oh^-. Zoals de bovenstaande tabel laat zien, is het besturingssysteem₄^2- het is reactiever en minder gemakkelijk te ontladen. Dus de OH^- zal worden ontladen, oxiderend (elektronen verliezen) in de positieve elektrode (anode) en gas produceren produce zuurstof(O₂):

• Kathode halfreactie: 4 H₃O⁺ + 4 en^- → H₂O+H₂

• Anode halfreactie: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 en^-

Als we dit hele proces bij elkaar optellen, komen we tot de globale vergelijking:

• Waterionisatie: 8 H₂O → 4 H₃O⁺ + 4 OH^-

• Kathode halfreactie: 4 H₃O⁺ + 4 en^- → 4 H₂O + 2 H₂

• Anode halfreactie: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 en^-

• Globale vergelijking: 2H₂O → 2 H₂ + 1 O₂

Illustratie van waterelektrolyse

Merk op dat het geproduceerde volume waterstof twee keer zo groot is als dat van zuurstof. In de praktijk wordt deze strikte verhouding echter niet geverifieerd omdat zuurstof beter oplosbaar is dan gas waterstof.

Lees ook: Aluminium verkrijgen door middel van elektrolyse

Toepassingen van waterelektrolyse

De elektrolyse van water is een zeer belangrijk proces, aangezien waterstof een gas is dat als brandstof kan worden gebruikt. Zoals de van aardolie afgeleide brandstoffen niet hernieuwbaar zijn, kan waterstofgas een belangrijk alternatief worden.

Daarnaast zijn er al benzineproductiemethoden die gebruik maken van het waterelektrolyseproces. Zie in de tekst hoe dit gebeurt Wetenschappers zijn in staat koolstofdioxide om te zetten in benzine.

Door Jennifer Fogaça
Scheikundeleraar

Wil je naar deze tekst verwijzen in een school- of academisch werk? Kijken:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Elektrolyse van water"; Brazilië School. Beschikbaar in: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm. Betreden op 28 juni 2021.