Elettrolisi dell'acqua

L'elettrolisi dell'acqua è la decomposizione dell'acqua in idrogeno e ossigeno attraverso una corrente elettrica continua

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.

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Il 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.

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Tecniche

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 o^2-.

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Le reazioni sono:

2h₂O (g) + 4e^- => 2H₂(g) + 2 °^2-

2^2- => O₂(g) + 4e^-

Si noti che questa volta sono ossidi, o^2-, 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

1. Elettrolisi dell'acqua. Recuperato da.Wikipedia.org
2. Produzione di idrogeno: elettrolisi. Energia recuperata.Gov