Electroliza apei constă în descompunerea acestei substanțe prin intermediul unui curent electric și adăugarea unui electrolit. Să înțelegem mai bine cum se întâmplă acest lucru?
Citește și tu: Ce este electroliza?
Cum se întâmplă electroliza apei?
Moleculele de apă sunt capabile de auto-ionizare, generând ioni H+ (sau H3O+) și oh-:
H2O ↔ H+ + OH-
sau
2 ore2O ↔ H3O+ + OH-
In orice caz, apa este un electrolit foarte slab și, în ciuda faptului că are acești ioni, nu poate conduce curent electric. Astfel, pentru a efectua electroliza sa, adică descompunerea sa prin intermediul unui curent electric, este necesar să adăugați un electrolit, un dizolvat ionic care poate fi o sare, o bază sau un acid.
Ordinea prioritară pentru descărcarea selectivă
Cu toate acestea, așa cum se explică în text Electroliza apoasă, în acest caz, vom avea nu numai ionii proveniți din apă, ci și cei din substanța care a fost dizolvată în ea. În electroliză, doar un cation și un anion sunt descărcați la electrod, adică este un
descărcare selectivă în urma unei comenzi prioritare.Astfel, pentru ca catodul și anodul care vor fi descărcați să fie cei ai apei și nu cei ai substanței dizolvate, este necesar să alegeți un acid, o bază sau o sare ai cărei ioni sunt descărcați mai puțin ușor din electrozi decât ionii din apă. Pentru a face acest lucru, trebuie să consultăm coada prioritară prezentată mai jos:
Rețineți că cationii enumerați mai jos de H+ au mai puțină ușurință de descărcare decât aceasta. În tabelul din dreapta, vedem că anionii de sub OH- au mai puțină ușurință de descărcare. Prin urmare, putem alege, de exemplu, o sare, o bază sau un acid care formează ionii de Na.+, K+, LA3-, NUMAI42- și așa mai departe, pe lângă faptul că formează și aceiași ioni ca apa, adică H+ și oh-. Câteva exemple sunt: acid sulfuric (H2NUMAI4), hidroxid de sodiu (NaOH) și azotat de potasiu (KNO3).
Exemplu cu reacțiile care au avut loc în electroliza apei
Să presupunem că se efectuează o electroliză a apei cu adăugarea de acid sulfuric. În acest caz, vom avea la mijloc formarea următorilor ioni:
Disocierea acidului: 1 H2NUMAI4 → 2 H+ + 1 SO42-
Autoionizarea apei: H2O → H+ + OH- sau 2 ore2O → H3O+ + OH-
Rețineți că singurul cation existent este H.+, deci el va suferi reducere (câștig de electroni) pe electrodul negativ (catod) și va produce hidrogen gazosO (H2).
Acum, vorbind despre anioni, există doi anioni în mijloc, care sunt sistemul de operare42- iar oh-. După cum arată tabelul de mai sus, sistemul de operare42- este mai reactiv și mai puțin ușor de descărcat. Astfel, OH- va fi descărcat, oxidându-se (pierzând electronii) în electrodul pozitiv (anod) și va produce gaz oxigen(O2):
Demi-reacție a catodului: 4 H3O+ + 4 și- → H2O + H2
Demi-reacție anodică: 4 OH- → 2 H2O + 1 O2 + 4 și-
Adunând acest întreg proces, ajungem la ecuația globală:
Ionizarea apei: 8 H2O → 4 H3O+ + 4 OH-
Demi-reacție a catodului: 4 H3O+ + 4 și- → 4 H2O + 2 H2
Demi-reacție anodică: 4 OH- → 2 H2O + 1 O2 + 4 și-
Ecuația globală: 2H2O → 2 H2 + 1 O2
Rețineți că volumul de hidrogen produs este de două ori mai mare decât cel al oxigenului. Cu toate acestea, în practică, acest raport strict nu este verificat deoarece oxigenul este mai solubil decât gazul hidrogen.
Citește și: Obținerea aluminiului prin electroliză
Aplicații ale electrolizei apei
Electroliza apei este un proces foarte important, având în vedere că hidrogenul este un gaz care poate fi folosit ca combustibil. Ca combustibili derivati din petrol nu sunt regenerabile, hidrogenul gazos ar putea deveni o alternativă importantă.
În plus, există deja metode de producție a benzinei care utilizează procesul de electroliză a apei. Vedeți cum se face acest lucru în text Oamenii de știință sunt capabili să transforme dioxidul de carbon în benzină.
De Jennifer Fogaça
Profesor de chimie
Sursă: Școala din Brazilia - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm
