Vattenelektrolys

Vattenelektrolys är nedbrytning av vatten i väte och syre genom en kontinuerlig elektrisk ström

Vad är vattenelektrolys?

De Vattenelektrolys Det är nedbrytningen av vatten i dess elementära komponenter genom att applicera en elektrisk ström. Vid fortsättning bildas väte och molekylärt syre på två inerta ytor, h₂ Jag₂. Dessa två ytor är bättre kända av elektroder.

Teoretiskt sett volymen av h₂ bildas måste vara dubbelt så att volymen av o₂, Tja, vattenmolekylen har en proportion h/eller lika med 2, det vill säga två timmar för varje syre.

Detta förhållande har bevisats direkt med dess kemiska formel, H₂O. Många experimentella faktorer påverkar emellertid de erhållna volymerna.

Om elektrolys utförs i rören nedsänkta i vatten, motsvarar den minsta vattenspelaren väte, eftersom det finns en större mängd gas som utövar tryck på vätskesytan. Bubblor omger elektroderna och hamnar stigande efter att ha övervunnit vattenånga trycket.

Observera att rören är separerade från varandra så att det finns en låg migration av gaserna från en elektrod till den andra.

Vid låga skalor representerar detta inte en överhängande risk, men vid industriella skalor, den gasformiga blandningen av H₂ Jag₂ Det är mycket farligt och explosivt.

Elektrolysreaktion

Vattenelektrolys involverar många komplexa aspekter. Men i allmänna termer vilar basen på en enkel global reaktion:

2h₂Eller (l) => 2h₂(g) + eller₂(g)

Som framgår av ekvationen ingriper två vattenmolekyler: den ena måste minskas, eller få elektroner, medan den andra måste oxidera eller förlora elektroner.

Det kan tjäna dig: hypofysyra (H3PO2): egenskaper, användningar och reagens

H₂ Det är produkten av vattenreduktion, eftersom elektroner får främjar att H -protoner⁺ De kan förena sig kovalent, och det syre blir oh^-.

Därför h₂ Det förekommer i katoden, som är elektroden där reduktionen inträffar.

Medan O₂ Det kommer från vattenoxidation, eftersom den förlorar elektroner som gör att den kan kopplas till väte och därmed frigör H -protoner⁺.

O₂ Det förekommer vid anoden, elektroden där oxidation sker, och till skillnad från den andra elektroden är pH runt anoden sur och icke -basisk.

Semi -lite reaktioner

Ovanstående kan sammanfattas med följande kemiska ekvationer för halvlivsreaktioner:

2h₂O + 2e^- => H₂ + 2OH^- (Katod, grundläggande)

2h₂O => o₂ + 4 timmar⁺ + 4e^- (Anod, syra)

Vatten kan dock inte förlora fler elektroner (4E^-) av dem som tjänar den andra vattenmolekylen i katoden (2e^-). Därför måste den första ekvationen multipliceras med 2 och sedan subtrahera med den andra ekvationen för att erhålla nettoekvationen:

2 (2h₂O + 2e^- => H₂ + 2OH^-)

2h₂O => o₂ + 4 timmar⁺ + 4e^-

---

6h₂O => 2h₂ + ANTINGEN₂ + 4 timmar⁺ + 4OH^-

Men 4h⁺ och 4OH^- De bildar 4h₂Eller så de eliminerar fyra av de sex molekylerna i H₂O lämnade två. Resultatet är den nyligen höjda globala reaktionen.

Temicerade reaktioner förändras med pH -värden, tekniker och har också potentiella associerade för reduktion eller oxidation, vilket avgör hur mycket ström den behöver levereras så att vattenelektrolysen fortsätter spontant.

Kan tjäna dig: partitionskoefficient: distribution, distribution, applikationer

Tekniker

Vattenelektrolysstekniker varierar beroende på mängden h₂ Jag₂ Det föreslås att generera.

Båda gaserna är mycket farliga om de blandas ihop, och det är därför elektrolytiska celler bär komplexa konstruktioner för att minimera ökningen av gasformiga tryck och deras diffusion av den vattenhaltiga miljön.

På samma sätt oscillerar teknikerna beroende på cellen, elektrolyten tillsattes till vattnet och själva elektroderna. Å andra sidan antyder vissa att reaktionen genomförs vid högre temperaturer, vilket minskar elförbrukningen och andra användningen av enorma tryck för att upprätthålla H₂ lagrad.

Bland alla tekniker kan följande tre nämnas:

Alkaliskt vattenelektrolys

Elektrolys utförs med grundläggande lösningar av alkaliska metaller (KOH eller NaOH). Med denna teknik inträffar reaktionerna:

4 timmar₂Eller (l) + 4e^- => 2h₂(g) + 4OH^-(Ac)

4OH^-(ac) => eller₂(g) + 2h₂Eller (l) + 4e^-

Som man kan se, både i katoden och i anoden, har vattnet ett grundläggande pH. Dessutom, OH^- De migrerar till anoden där de oxiderar eller₂.

Polymerelektrolytisk membranelektrolys

I denna teknik används en solid polymer som fungerar som ett permeabelt membran för H⁺, Men vattentät för gaser. Detta garanterar större säkerhet under elektrolys.

De halvmåliga reaktionerna för detta fall är:

4 timmar⁺(AC) + 4E^- => 2h₂(g)

2h₂Eller (l) => o₂(g) + 4h⁺(AC) + 4E^-

Jonerna h⁺ De migrerar från anoden till katoden, där de reduceras till att bli h₂.

Elektrolys med fasta oxider

Mycket annorlunda än de andra teknikerna använder detta oxider som elektrolyter, som vid höga temperaturer (600-900 ° C) fungerar som en anjonstransporter eller^2-.

Det kan tjäna dig: kopparsulfat (CUSO4): Struktur, egenskaper, erhållning, användning

Reaktionerna är:

2h₂Eller (g) + 4e^- => 2h₂(g) + 2: a^2-

2^2- => O₂(g) + 4e^-

Observera att den här gången är oxider, eller^2-, De som reser till anoden.

Vad är vattenelektrolys för?

Vattenelektrolys producerar h₂ (g) och O₂ (g). Cirka 5% av vätgas som produceras i världen utförs genom vattenelektrolys.

H₂ Det är en elektrolys genom -produkt av vattenhaltiga lösningar. Närvaron av salt underlättar elektrolys genom att öka den elektriska ledningsförmågan hos vatten.

Den globala reaktionen som äger rum är:

2NACL +2H₂O => cl₂     +       H₂      +       2NAH

Väte som produceras i elektrolys kan användas i den kemiska industrin som verkar i beroende -reaktioner, hydreringsprocesser eller som reducerande medel i reduktionsprocesser.

Vattenelektrolys används också för att generera syre vid den internationella rymdstationen, som tjänar till att upprätthålla en syreatmosfär vid stationen.

Väte kan användas i en bränslecell, metod för lagring av energi och använda vattnet som genereras i cellen för astronautförbrukning.

Referenser

1. Elektrolys av vatten. Hämtas från.Wikipedia.org
2. Väteproduktion: elektrolys. Energi återhämtad.Gov