Elettrolisi dell'acqua
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- Dante Morelli
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Cos'è l'elettrolisi dell'acqua?
IL Elettrolisi dell'acqua È la decomposizione dell'acqua nei suoi componenti elementari applicando una corrente elettrica. Quando si procede, l'idrogeno e l'ossigeno molecolare, H sono formati su due superfici inerte, h2 IO2. Queste due superfici sono meglio conosciute dagli elettrodi.
Teoricamente, il volume di H2 formato deve essere due volte che il volume di O2, Bene, la molecola d'acqua ha una proporzione h/o uguale a 2, cioè due h per ogni ossigeno.
Questa relazione è dimostrata direttamente con la sua formula chimica, H₂O. Tuttavia, molti fattori sperimentali influenzano i volumi ottenuti.
Se l'elettrolisi viene eseguita all'interno di tubi immersi in acqua, la colonna d'acqua più piccola corrisponde all'idrogeno, poiché vi è una maggiore quantità di pressione di esercitazione del gas sulla superficie del liquido. Le bolle circondano gli elettrodi e finiscono per salire dopo aver superato la pressione del vapore acqueo.
Si noti che i tubi sono separati l'uno dall'altro, in modo che vi sia una bassa migrazione dei gas da un elettrodo all'altro.
A bassi scale, questo non rappresenta un rischio imminente, ma a scale industriali, la miscela gassosa di H2 IO2 È altamente pericoloso ed esplosivo.
Reazione di elettrolisi
L'elettrolisi dell'acqua coinvolge molti aspetti complessi. Tuttavia, in termini generali, la sua base si basa su una semplice reazione globale:
2h2O (l) => 2h2(g) + o2(G)
Come si può vedere nell'equazione, intervengono due molecole d'acqua: una ordinaria deve essere ridotta o ottenere elettroni, mentre l'altro deve ossidare o perdere elettroni.
Può servirti: acido pituitario (H3PO2): proprietà, usi e reagentiIl h2 È il prodotto della riduzione dell'acqua, perché il guadagno degli elettroni promuove che i protoni H+ Possono unirsi in modo covalente e quell'ossigeno diventa oh-.
Pertanto, h2 Si verifica nel catodo, che è l'elettrodo in cui si verifica la riduzione.
Mentre il o2 Viene dall'ossidazione dell'acqua, perché perde elettroni che consentono di essere collegato all'idrogeno e di conseguenza rilascia protoni H+.
Il o2 Si verifica all'anodo, elettrodo in cui si verifica l'ossidazione e, a differenza dell'altro elettrodo, il pH attorno all'anodo è acido e non -basico.
Reazioni semi -lid
Quanto sopra può essere riassunto con le seguenti equazioni chimiche per reazioni semi -vita:
2h2O + 2e- => H2 + 2oh- (Catodo, base)
2h2O => o2 + 4h+ + 4e- (Anodo, acido)
Tuttavia, l'acqua non può perdere più elettroni (4e-) di coloro che guadagnano l'altra molecola d'acqua nel catodo (2E-). Pertanto, la prima equazione deve essere moltiplicata per 2 e quindi sottrarre con la seconda equazione per ottenere l'equazione netta:
2 (2h2O + 2e- => H2 + 2oh-)
2h2O => o2 + 4h+ + 4e-
6h2O => 2h2 + O2 + 4h+ + 4oh-
Ma 4h+ e 4oh- Formano 4h2O, così eliminano quattro delle sei molecole di H₂o ne hanno lasciate due. Il risultato è la reazione globale appena aumentata.
Le reazioni semiceliche cambiano con valori di pH, tecniche e hanno anche potenziali collaboratori per la riduzione o l'ossidazione, che determinano quanta corrente deve essere fornita in modo che l'elettrolisi dell'acqua proceda spontaneamente.
Può servirti: coefficiente di partizione: distribuzione, distribuzione, applicazioniTecniche
Le tecniche di elettrolisi dell'acqua variano a seconda della quantità di H2 IO2 Si propone di generare.
Entrambi i gas sono molto pericolosi se sono miscelati insieme, ed è per questo.
Allo stesso modo, le tecniche oscillano a seconda della cella, l'elettrolita ha aggiunto all'acqua e gli elettrodi stessi. D'altra parte, alcuni implicano che la reazione sia effettuata a temperature più elevate, riducendo il consumo di elettricità e altri l'uso di enormi pressioni per mantenere H2 immagazzinato.
Tra tutte le tecniche, possono essere menzionati i tre seguenti:
Elettrolisi dell'acqua alcalina
L'elettrolisi viene effettuata con soluzioni di base di metalli alcalini (KOH o NaOH). Con questa tecnica si verificano le reazioni:
4h2O (l) + 4e- => 2H2(g) + 4oh-(AC)
4oh-(AC) => o2(g) + 2h2O (l) + 4e-
Come si può vedere, sia nel catodo che nell'anodo, l'acqua ha un pH di base. Inoltre, oh- Migrano verso l'anodo dove si ossidano o2.
Elettrolisi della membrana elettrolitica polimerica
In questa tecnica viene utilizzato un polimero solido che funge da membrana permeabile per H+, Ma impermeabile per i gas. Ciò garantisce una maggiore sicurezza durante l'elettrolisi.
Le reazioni semiceliche per questo caso sono:
4h+(AC) + 4E- => 2H2(G)
2h2O (l) => o2(g) + 4h+(AC) + 4E-
Gli ioni h+ Migrano dall'anodo al catodo, dove sono ridotti per diventare h2.
Elettrolisi con ossidi solidi
Molto diverso dalle altre tecniche, questo utilizza ossidi come elettroliti, che ad alte temperature (600-900º C) funzionano come mezzo di trasporto anionico o2-.
Può servirti: solfato di rame (CUSO4): struttura, proprietà, ottenimento, usiLe reazioni sono:
2h2O (g) + 4e- => 2H2(g) + 2 °2-
22- => O2(g) + 4e-
Si noti che questa volta sono ossidi, o2-, Coloro che viaggiano all'anodo.
A cosa serve l'elettrolisi dell'acqua?
L'elettrolisi dell'acqua produce h2 (g) e o2 (G). Circa il 5% del gas idrogeno prodotto nel mondo viene eseguito mediante elettrolisi dell'acqua.
Il h2 È un'elettrolisi per -prodotto di soluzioni acquose di NaCl. La presenza di sale facilita l'elettrolisi aumentando la conduttività elettrica dell'acqua.
La reazione globale che ha luogo è:
2NACL +2H2O => cl2 + H2 + 2Naoh
L'idrogeno prodotto nell'elettrolisi può essere utilizzato nell'industria chimica che agisce nelle reazioni della dipendenza, nei processi di idrogenazione o come agente riducente nei processi di riduzione.
L'elettrolisi dell'acqua viene anche utilizzata per generare ossigeno presso la Stazione Spaziale Internazionale, che serve a mantenere un'atmosfera di ossigeno alla stazione.
L'idrogeno può essere utilizzato in una cella a combustibile, metodo per conservare l'energia e usare l'acqua generata nella cellula per il consumo di astronauti.
Riferimenti
- Elettrolisi dell'acqua. Recuperato da.Wikipedia.org
- Produzione di idrogeno: elettrolisi. Energia recuperata.Gov