Vattenelektrolys: vad är till exempel applikationer

Elektrolysen av vatten består av nedbrytningen av detta ämne med hjälp av en elektrisk ström och tillsats av en elektrolyt. Låt oss bättre förstå hur detta händer?

Läs också: Vad är elektrolys?

Hur sker vattenelektrolys?

Vattenmolekyler kan självjonisera och generera H-joner⁺ (eller H₃O⁺) och åh^-:

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

eller
2 timmar₂O ↔ H₃O⁺ + OH^-

I alla fall, vatten är en mycket svag elektrolyt och trots att de har dessa joner kan det inte leda elektrisk ström. För att utföra sin elektrolys, det vill säga dess sönderdelning med hjälp av en elektrisk ström, är det således nödvändigt att tillsätta en elektrolyt, en jonlöst lösning som kan vara ett salt, en bas eller en syra.

Elektrolysen av vatten involverar passage av en elektrisk ström.

Prioritetsordning för selektiv urladdning

Men som förklaras i texten Vattenhaltig elektrolys, i det här fallet kommer vi inte bara ha joner som kommer från vattnet utan också de av ämnet som löstes i det. Vid elektrolys matas endast en katjon och en anjon ut vid elektroden, det vill säga det är en selektiv ansvarsfrihet efter en prioriterad order.

För att katoden och anoden som släpps ut ska vara de av vattnet, och inte de för det upplösta ämnet, är det nödvändigt att välja en syra, en bas eller ett salt vars joner släpps ut lättare från elektroderna än jonerna i vatten. För att göra detta måste vi konsultera prioritetskön som visas nedan:

Fallande ordning på jonurladdning underlättar vattenhaltig elektrolys

Observera att katjonerna listade nedanför H⁺ har mindre avlastning än den. I tabellen till höger ser vi att anjonerna under OH^- har mindre avlastning. Därför kan vi till exempel välja ett salt, en bas eller en syra som bildar Na-jonerna.⁺, K⁺, VID₃^-, ENDAST₄^2- och så vidare, förutom att också bilda samma joner som vatten, det vill säga H⁺ och åh^-. Några exempel är: svavelsyra (H₂ENDAST₄natriumhydroxid (NaOH) och kaliumnitrat (KNO₃).

Sluta inte nu... Det finns mer efter reklam;)

Exempel med de reaktioner som inträffade vid elektrolys av vatten

Låt oss säga att en elektrolys av vatten utförs med tillsats av svavelsyra. I det här fallet kommer vi att bilda följande joner i mitten:

• Syradissociation: 1 H₂ENDAST₄ → 2 H⁺ + 1 SO₄^2-

• Autojonisering av vatten: H₂O → H⁺ + OH^- eller två timmar₂O → H₃O⁺ + OH^-

Observera att den enda befintliga katjonen är H.⁺, så det är han som kommer att drabbas av minskning (vinst av elektroner) på den negativa elektroden (katoden) och kommer att producera vätgasO (H₂).

Nu talar vi om anjoner, det finns två anjoner i mitten, vilket är operativsystemet₄^2- och åh^-. Som tabellen ovan visar, OS₄^2- det är mer reaktivt och mindre lätt att släppa ut. Således är OH^- kommer att urladdas, oxiderar (förlorar elektroner) i den positiva elektroden (anoden) och kommer att producera gas syre(O₂):

• Katod halvreaktion: 4 H₃O⁺ + 4 och^- → H₂O + H₂

• Halva reaktion i anod: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 och^-

När vi lägger till hela processen når vi den globala ekvationen:

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

• Katod halvreaktion: 4 H₃O⁺ + 4 och^- → 4 H₂O + 2 H₂

• Halva reaktion i anod: 4 OH^- → 2 H₂O + 1 O₂ + 4 och^-

• Global ekvation: 2H₂O → 2 H₂ + 1 O₂

Vattenelektrolysillustration

Observera att volymen producerat väte är dubbelt så stor som syre. Men i praktiken verifieras inte detta strikta förhållande eftersom syre är mer lösligt än gas väte.

Läs också: Skaffa aluminium genom elektrolys

Tillämpningar av vattenelektrolys

Elektrolys av vatten är en mycket viktig process med tanke på att väte är en gas som kan användas som bränsle. Som petroleumbaserade bränslen inte kan förnyas, kan vätgas bli ett viktigt alternativ.

Dessutom finns det redan bensinproduktionsmetoder som använder vattenelektrolysprocessen. Se hur detta görs i texten Forskare kan omvandla koldioxid till bensin.

Av Jennifer Fogaça
Kemilärare

Vill du hänvisa till texten i en skola eller ett akademiskt arbete? Se:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Elektrolys av vatten"; Brasilien skola. Tillgänglig i: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm. Åtkomst den 28 juni 2021.