Elektroliza wody polega na rozkładzie tej substancji za pomocą prądu elektrycznego i dodaniu elektrolitu. Lepiej zrozummy, jak to się dzieje?
Przeczytaj też: Co to jest elektroliza?
Jak przebiega elektroliza wody?
Cząsteczki wody są zdolne do samojonizacji, generując jony H+ (lub H3O+) i oh-:
H2O ↔ H+ + OH-
lub
2 godziny2O ↔ H3O+ + OH-
Jednak, woda jest bardzo słabym elektrolitem i pomimo posiadania tych jonów nie może przewodzić prąd elektryczny. Tak więc, aby przeprowadzić jego elektrolizę, to znaczy jego rozkład za pomocą prądu elektrycznego, konieczne jest dodanie elektrolitu, jonowej substancji rozpuszczonej, którą może być sól, zasada lub kwas.
Kolejność priorytetowa selektywnego rozładowania
Jednak, jak wyjaśniono w tekście Elektroliza wodna, w tym przypadku będziemy mieć nie tylko jony pochodzące z wody, ale także rozpuszczonej w niej substancji. W elektrolizie tylko jeden kation i jeden anion są rozładowywane na elektrodzie, czyli jest to a selektywne wyładowanie według kolejności priorytetowej.
Tak więc, aby katoda i anoda, które będą odprowadzane, były katodami wody, a nie substancji rozpuszczonej, konieczne jest wybranie kwas, zasada lub sól, której jony są mniej łatwo odprowadzane z elektrod niż jony w wodzie. Aby to zrobić, musimy sprawdzić kolejkę priorytetową pokazaną poniżej:
Zauważ, że kationy wymienione poniżej H below+ mają mniejszą łatwość rozładunku niż to. W tabeli po prawej widzimy, że aniony poniżej OH- mają mniejszą łatwość rozładunku. Dlatego możemy wybrać np. sól, zasadę lub kwas tworzący jony Na.+,K+, NA3-, TYLKO42- i tak dalej, oprócz tworzenia tych samych jonów co woda, czyli H+ i och-. Oto kilka przykładów: Kwas Siarkowy (H2TYLKO4), wodorotlenek sodu (NaOH) i azotan potasu (KNO3).
Przykład z reakcjami zachodzącymi w elektrolizie wody
Załóżmy, że elektrolizę wody przeprowadza się z dodatkiem kwasu siarkowego. W tym przypadku pośrodku będziemy mieli tworzenie się następujących jonów:
Dysocjacja kwasowa: 1 H2TYLKO4 → 2 godz+ + 1 SO42-
Autojonizacja wody: H2O → H+ + OH- lub 2 godziny2O → H3O+ + OH-
Zauważ, że jedynym istniejącym kationem jest H.+, więc to on ucierpi na redukcji (zysk elektrony) na elektrodzie ujemnej (katodzie) i wytworzy gazowy wodórO (H2).
Mówiąc o anionach, pośrodku znajdują się dwa aniony, które są OS42- i och-. Jak pokazuje powyższa tabela, system operacyjny42- jest bardziej reaktywny i trudniejszy do rozładowania. Tak więc OH- ulegnie rozładowaniu, utleniając się (tracąc elektrony) w elektrodzie dodatniej (anodzie) i wytwarzając gaz tlen(O2):
Reakcja połówkowa katody: 4 H3O+ + 4 i- → H2O+H2
Reakcja połówkowa anody: 4 OH- → 2 godz2O + 1 O2 + 4 i-
Sumując cały ten proces, dochodzimy do globalnego równania:
Jonizacja wody: 8 H2O → 4 godz3O+ + 4 OH-
Reakcja połówkowa katody: 4 H3O+ + 4 i- → 4 godz2O + 2 godz2
Reakcja połówkowa anody: 4 OH- → 2 godz2O + 1 O2 + 4 i-
Równanie globalne: 2H2O → 2 godz2 + 1 O2
Zauważ, że ilość wytwarzanego wodoru jest dwukrotnie większa niż tlenu. Jednak w praktyce ten ścisły stosunek nie jest weryfikowany, ponieważ tlen jest bardziej rozpuszczalny niż gaz wodór.
Przeczytaj też: Uzyskiwanie aluminium poprzez elektrolizę
Zastosowania elektrolizy wody
Elektroliza wody jest bardzo ważnym procesem, biorąc pod uwagę, że wodór jest gazem, który można wykorzystać jako paliwo. Podobnie jak paliwa ropopochodne nie są odnawialne, wodór może stać się ważną alternatywą.
Ponadto istnieją już metody produkcji benzyny wykorzystujące proces elektrolizy wody. Zobacz, jak to się robi w tekście Naukowcy są w stanie przekształcić dwutlenek węgla w benzynę.
Jennifer Fogaça
Nauczyciel chemii
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm
