Waterelektrolyse

Waterelektrolyse is de afbraak van water in waterstof en zuurstof door een continue elektrische stroom

Wat is waterelektrolyse?

De Waterelektrolyse Het is de ontleding van water in zijn elementaire componenten door een elektrische stroom aan te brengen. Tijdens het verder, worden waterstof en moleculaire zuurstof gevormd op twee inerte oppervlakken, h₂ I₂. Deze twee oppervlakken zijn beter bekend bij elektroden.

Theoretisch gezien het volume van H₂ gevormd moet twee keer zijn dat het volume van O₂, Welnu, het watermolecuul heeft een aandeel H/of gelijk aan 2, dat wil zeggen twee uur voor elke zuurstof.

Deze relatie is direct bewezen met zijn chemische formule, h₂o. Veel experimentele factoren beïnvloeden echter de verkregen volumes.

Als elektrolyse wordt uitgevoerd in buizen die in water zijn ondergedompeld, komt de kleinste waterkolom overeen met waterstof, omdat er een grotere hoeveelheid gasdruk is op het vloeibare oppervlak. Bubbels omringen de elektroden en sta op na het overwinnen van de waterdampdruk.

Merk op dat de buizen van elkaar worden gescheiden, zodat er een lage migratie van de gassen is van de ene elektrode naar de andere.

Op lage schalen vertegenwoordigt dit geen dreigend risico, maar op industriële schalen, het gasvormige mengsel van H₂ I₂ Het is zeer gevaarlijk en explosief.

Elektrolysereactie

Waterelektrolyse omvat veel complexe aspecten. In het algemeen berust de basis echter op een eenvoudige globale reactie:

2h₂Of (l) => 2H₂(g) + of₂(G)

Zoals te zien is in de vergelijking, komen twee watermoleculen tussenbeide: de ene gewone moet worden verminderd of elektronen krijgen, terwijl de andere elektronen moet oxideren of verliezen.

Het kan u van dienst zijn: hypofysezuur (H3PO2): eigenschappen, gebruik en reagentia

De H₂ Het is het product van waterreductie, omdat elektronenversterking promoot dat H -protonen⁺ Ze kunnen covalent verenigen, en dat zuurstof oh wordt^-.

Daarom h₂ Het komt voor in de kathode, die de elektrode is waar de reductie optreedt.

Terwijl de O₂ Het komt van wateroxidatie, omdat het elektronen verliest waarmee het kan worden gekoppeld aan waterstof en bijgevolg H -protonen vrijgeeft⁺.

De O₂ Het komt voor bij de anode, elektrode waar oxidatie optreedt, en in tegenstelling tot de andere elektrode, is de pH rond de anode zuur en niet.

Semi -lid reacties

Het bovenstaande kan worden samengevat met de volgende chemische vergelijkingen voor semi -levensreacties:

2h₂O + 2e^- => H₂ + 2oH^- (Cathode, Basic)

2h₂O => o₂ + 4h⁺ + 4e^- (Anode, zuur)

Water kan echter niet meer elektronen verliezen (4e^-) van degenen die het andere watermolecuul in de kathode verdienen (2e^-)). Daarom moet de eerste vergelijking worden vermenigvuldigd met 2 en vervolgens worden afgenomen met de tweede vergelijking om de netto vergelijking te verkrijgen:

2 (2H₂O + 2e^- => H₂ + 2oH^-))

2h₂O => o₂ + 4h⁺ + 4e^-

---

6h₂O => 2H₂ + OF₂ + 4h⁺ + 4oH^-

Maar 4H⁺ en 4OH^- Ze vormen 4H₂Of dus elimineren ze vier van de zes moleculen van H₂o die er twee zijn achtergelaten. Het resultaat is de nieuw verhoogde globale reactie.

Semikwijdte reacties veranderen met pH -waarden, technieken en hebben ook potentiële medewerkers voor reductie of oxidatie, die bepalen hoeveel stroom het moet worden geleverd zodat waterelektrolyse spontaan verloopt.

Kan u van dienst zijn: Partitiecoëfficiënt: distributie, distributie, toepassingen

Technieken

Waterelektrolysetechnieken variëren afhankelijk van de hoeveelheid h₂ I₂ Er wordt voorgesteld om te genereren.

Beide gassen zijn erg gevaarlijk als ze met elkaar worden gemengd, en dat is de reden waarom elektrolytische cellen complexe ontwerpen dragen om de toename van gasvormige druk en hun diffusie door de waterige omgeving te minimaliseren.

Evenzo oscilleren de technieken afhankelijk van de cel, de elektrolyt toegevoegd aan het water en de elektroden zelf. Aan de andere kant impliceren sommigen dat de reactie wordt uitgevoerd bij hogere temperaturen, waardoor het elektriciteitsverbruik wordt verminderd, en anderen het gebruik van enorme druk om H te behouden₂ opgeslagen.

Onder alle technieken kunnen de volgende drie worden vermeld:

Alkalische waterelektrolyse

Elektrolyse wordt uitgevoerd met basisoplossingen van alkalische metalen (KOH of NaOH). Met deze techniek treden de reacties op:

4h₂Of (l) + 4e^- => 2H₂(g) + 4OH^-(AC)

4oH^-(AC) => of₂(g) + 2H₂Of (l) + 4e^-

Zoals te zien is, zowel in de kathode als in de anode, heeft het water een basis pH. Bovendien, oh^- Ze migreren naar de anode waar ze oxideren of₂.

Polymeer elektrolytisch membraanelektrolyse

In deze techniek wordt een solide polymeer gebruikt dat dient als een permeabel membraan voor h⁺, Maar waterdicht voor gassen. Dit garandeert een grotere beveiliging tijdens elektrolyse.

De semicelled reacties voor deze zaak zijn:

4h⁺(AC) + 4E^- => 2H₂(G)

2h₂Of (l) => o₂(g) + 4H⁺(AC) + 4E^-

De ionen h⁺ Ze migreren van de anode naar de kathode, waar ze worden gereduceerd om H te worden₂.

Elektrolyse met vaste oxiden

Dit is heel verschillen^2-.

Het kan u van dienst zijn: kopersulfaat (CUSO4): structuur, eigenschappen, verkrijgen, gebruik

De reacties zijn:

2h₂Of (g) + 4e^- => 2H₂(g) + 2e^2-

2^2- => O₂(g) + 4e^-

Merk op dat deze keer oxiden zijn, of^2-, Degenen die naar de anode reizen.

Waar is waterelektrolyse voor?

Waterelektrolyse produceert h₂ (g) en o₂ (G). Ongeveer 5% waterstofgas geproduceerd in de wereld wordt uitgevoerd door waterelektrolyse.

De H₂ Het is een elektrolyse door -product van NaCl waterige oplossingen. De aanwezigheid van zout vergemakkelijkt elektrolyse door de elektrische geleidbaarheid van water te vergroten.

De globale reactie die plaatsvindt is:

2NACL +2H₂O => Cl₂     +       H₂      +       2naoh

Waterstof geproduceerd bij elektrolyse kan worden gebruikt in de chemische industrie die werkt in verslavingsreacties, hydrogeneringsprocessen of als een reductiemiddel in reductieprocessen.

Waterelektrolyse wordt ook gebruikt om zuurstof te genereren op het internationale ruimtestation, dat dient om een ​​zuurstofatmosfeer op het station te behouden.

Waterstof kan worden gebruikt in een brandstofcel, methode voor het opslaan van energie en het gebruik van het water dat in de cel wordt gegenereerd voor astronaut verbruik.

Referenties

1. Elektrolyse van water. Opgehaald van.Wikipedia.borg
2. Waterstofproductie: elektrolyse. Energy herstelde energie.Gov