Електроліз води полягає в розкладанні цієї речовини за допомогою електричного струму та додаванні електроліту. Давайте краще зрозуміємо, як це відбувається?
Читайте теж: Що таке електроліз?
Як відбувається електроліз води?
Молекули води здатні до самоіонізації, генеруючи іони Н+ (або H3О+) і о-:
H2O ↔ H+ + ОН-
або
2 години2O ↔ H3О+ + ОН-
Однак, вода - дуже слабкий електроліт і незважаючи на наявність цих іонів, він не може проводити електричний струм. Таким чином, для проведення його електролізу, тобто його розкладання за допомогою електричного струму, необхідно додати електроліт, іонну розчинену речовину, яка може бути сіллю, основою або кислотою.
Пріоритетний порядок вибіркового скидання
Однак, як пояснюється в тексті Водний електроліз, в цьому випадку ми матимемо не тільки іони, що надходять з води, але й ті речовини, які в ній розчинилися. При електролізі на електроді розряджається лише один катіон і один аніон, тобто це а вибірковий розряд за пріоритетним порядком.
Таким чином, щоб катод та анод, що будуть вивантажуватися, були водними, а не розчиненої речовини, необхідно вибрати кислота, основа або сіль, іони якої легше виводяться з електродів, ніж іони у воді. Для цього нам потрібно звернутися до черги пріоритетів, показаної нижче:
Зверніть увагу, що катіони перераховані нижче Н+ мають меншу легкість розвантаження, ніж вона. У таблиці справа ми бачимо, що аніони нижче ОН- мають меншу легкість розвантаження. Тому ми можемо вибрати, наприклад, сіль, основу або кислоту, що утворюють іони Na.+, К+, БІЛЯ3-, ТІЛЬКИ42- і так далі, крім того, що також утворює ті самі іони, що і вода, тобто H+ і о-. Деякі приклади: сірчана кислота (H2ТІЛЬКИ4), гідроксид натрію (NaOH) та нітрат калію (KNO3).
Приклад з реакціями, що відбувались при електролізі води
Скажімо, електроліз води проводять з додаванням сірчаної кислоти. У цьому випадку ми отримаємо утворення таких іонів посередині:
Кислотна дисоціація: 1 год2ТІЛЬКИ4 → 2 год+ + 1 SO42-
Автоіонізація води: H2O → H+ + ОН- або 2 години2O → H3О+ + ОН-
Зверніть увагу, що єдиним існуючим катіоном є H.+, тому саме він зазнає зменшення (виграш від електрони) на негативному електроді (катоді) і буде виробляти газоподібний воденьО (H2).
Тепер, говорячи про аніони, в середині є два аніони, які є ОС42- і о-. Як видно з таблиці вище, ОС42- він більш реактивний і менш простий у розряді. Таким чином, OH- буде розряджатися, окислюватися (втрачаючи електрони) в позитивному електроді (аноді) і виробляти газ кисень(О2):
Напівреакція катода: 4 год3О+ + 4 і- → H2O + H2
Напівреакція анода: 4 OH- → 2 год2O + 1 O2 + 4 і-
Складаючи весь цей процес, ми приходимо до загального рівняння:
Іонізація води: 8 год2O → 4 H3О+ + 4 ОН-
Напівреакція катода: 4 год3О+ + 4 і- → 4 год2O + 2 H2
Напівреакція анода: 4 OH- → 2 год2O + 1 O2 + 4 і-
Глобальне рівняння: 2Н2O → 2 H2 + 1 O2
Зауважте, що об’єм виробленого водню вдвічі перевищує об’єм кисню. Однак на практиці це суворе співвідношення не перевіряється, оскільки кисень є більш розчинним, ніж газ водень.
Читайте також: Отримання алюмінію за допомогою електролізу
Застосування водного електролізу
Електроліз води є дуже важливим процесом, враховуючи, що водень - це газ, який можна використовувати як паливо. Подобається паливо на нафтопродуктах не поновлювані, газоподібний водень може стати важливою альтернативою.
Крім того, вже існують методи виробництва бензину, які використовують процес електролізу води. Подивіться, як це робиться в тексті Вчені здатні перетворити вуглекислий газ у бензин.
Дженніфер Фогача
Вчитель хімії
Джерело: Бразильська школа - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-agua.htm
