Електроліз води: що таке, наприклад, застосування

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.

Електроліз води передбачає проходження електричного струму.

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:

У порядку зменшення легкості іонного розряду при водному електролізі

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^-, ТІЛЬКИ₄^2- 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 SO₄^2-

• 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 ОС₄^2- і о^-. Як видно з таблиці вище, ОС₄^2- 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

Ілюстрація електролізу води

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