Vannelektrolyse: hva er for eksempel applikasjoner

Elektrolyse av vann består av spaltning av dette stoffet ved hjelp av en elektrisk strøm og tilsetning av en elektrolytt. La oss bedre forstå hvordan dette skjer?

Les også: Hva er elektrolyse?

Hvordan skjer vannelektrolyse?

Vannmolekyler er i stand til selvionisering, og genererer H-ioner⁺ (eller H₃O⁺) og oh^-:

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

eller
2 timer₂O ↔ H₃O⁺ + OH^-

Derimot, vann er en veldig svak elektrolytt og til tross for at de har disse ionene, kan den ikke lede elektrisk strøm. For å utføre elektrolysen, dvs. nedbrytningen ved hjelp av en elektrisk strøm, er det derfor nødvendig å tilsette en elektrolytt, en ionisk løsemiddel som kan være et salt, en base eller en syre.

Elektrolyse av vann innebærer passering av en elektrisk strøm.

Prioritetsbestilling for selektiv utslipp

Imidlertid, som forklart i teksten Vandig elektrolyse, i dette tilfellet vil vi ikke bare ha ionene som kommer fra vannet, men også de av stoffet som ble oppløst i det. I elektrolyse blir bare en kation og en anion ledet ut ved elektroden, det vil si en selektiv utslipp etter en prioritert rekkefølge.

For at katoden og anoden som skal slippes ut skal være de av vannet, og ikke de for det oppløste stoffet, er det nødvendig å velge en syre, en base eller et salt hvis ioner slippes lettere ut fra elektrodene enn ionene i vann. For å gjøre dette må vi ta kontakt med prioritetskøen vist nedenfor:

Fallende rekkefølge av ionutladning letter i vandig elektrolyse

Merk at kationene som er oppført under H⁺ har mindre enkel lossing enn den. I tabellen til høyre ser vi at anionene under OH^- har mindre lossing. Derfor kan vi for eksempel velge et salt, en base eller en syre som danner Na-ionene.⁺, K⁺, PÅ₃^-, KUN₄^2- og så videre, i tillegg til å danne de samme ionene som vann, det vil si H⁺ og oh^-. Noen eksempler er: svovelsyre (H₂KUN₄), natriumhydroksid (NaOH) og kaliumnitrat (KNO₃).

Eksempel med reaksjonene som skjedde i elektrolyse av vann

La oss si at en elektrolyse av vann utføres med tilsetning av svovelsyre. I dette tilfellet vil vi ha dannelsen av følgende ioner i midten:

• Syredissosiasjon: 1 H₂KUN₄ → 2 H⁺ + 1 SO₄^2-

• Autoionisering av vann: H₂O → H⁺ + OH^- eller 2 timer₂O → H₃O⁺ + OH^-

Merk at den eneste eksisterende kationen er H.⁺, så det er han som vil lide reduksjon (gevinst på elektroner) på den negative elektroden (katoden) og vil produsere hydrogengassO (H₂).

Når vi snakker om anioner, er det to anioner i midten, som er operativsystemet₄^2- og oh^-. Som tabellen over viser, er operativsystemet₄^2- det er mer reaktivt og mindre lett å slippe ut. Dermed OH^- vil bli utladet, oksiderende (taper elektroner) i den positive elektroden (anoden) og vil produsere gass oksygen(O₂):

• Katode-halvreaksjon: 4 H₃O⁺ + 4 og^- → H₂O + H₂

• Anode-halvreaksjon: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 og^-

Når vi legger til hele prosessen, kommer vi til den globale ligningen:

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

• Katode-halvreaksjon: 4 H₃O⁺ + 4 og^- → 4 H₂O + 2 H₂

• Anode-halvreaksjon: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 og^-

• Global ligning: 2H₂O → 2 H₂ + 1 O₂

Vann elektrolyse illustrasjon

Merk at volumet av produsert hydrogen er dobbelt så stort som oksygen. I praksis er imidlertid ikke dette strenge forholdet bekreftet fordi oksygen er mer løselig enn gass hydrogen.

Les også: Å skaffe aluminium gjennom elektrolyse

Anvendelser av vannelektrolyse

Elektrolyse av vann er en veldig viktig prosess, med tanke på at hydrogen er en gass som kan brukes som drivstoff. Som petroleumsavledede drivstoff ikke kan fornyes, kan hydrogengass bli et viktig alternativ.

I tillegg er det allerede metoder for bensinproduksjon som bruker vannelektrolyseprosessen. Se hvordan dette gjøres i teksten Forskere er i stand til å transformere karbondioksid til bensin.

Av Jennifer Fogaça
Kjemilærer

Kilde: Brasilskolen - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm