Vannelektrolyse

Vannelektrolyse er nedbrytning av vann i hydrogen og oksygen gjennom en kontinuerlig elektrisk strøm

Hva er vannelektrolyse?

De Vannelektrolyse Det er nedbrytning av vann i sine elementære komponenter ved å bruke en elektrisk strøm. Når du fortsetter, hydrogen og molekylært oksygen, dannes H på to inerte overflater, h₂ Jeg₂. Disse to overflatene er bedre kjent av elektroder.

Teoretisk sett volumet av h₂ dannet må være det dobbelte av at volumet av o₂, Vel, vannmolekylet har en andel H/eller lik 2, det vil si to timer for hvert oksygen.

Dette forholdet er påvist direkte med sin kjemiske formel, h₂o. Imidlertid påvirker mange eksperimentelle faktorer volumene som er oppnådd.

Hvis elektrolyse utføres i rør nedsenket i vann, tilsvarer den minste vannsøylen hydrogen, siden det er en større mengde gass som bruker den væskeoverflaten på væskeoverflaten. Bobler omgir elektrodene og ender opp med å stige opp etter å ha overvunnet vanndamptrykket.

Merk at rørene er atskilt fra hverandre, slik at det er en lav migrasjon av gassene fra den ene elektroden til den andre.

Ved lave skalaer representerer dette ikke en overhengende risiko, men ved industrielle skalaer, den gassformige blandingen av H₂ Jeg₂ Det er svært farlig og eksplosivt.

Elektrolysereaksjon

Vannelektrolyse innebærer mange komplekse aspekter. Generelt sett hviler imidlertid basen på en enkel global reaksjon:

2H₂Eller (l) => 2H₂(g) + eller₂(g)

Som det kan sees i ligningen, griper to vannmolekyler griper inn: den ene vanlige må reduseres, eller få elektroner, mens den andre må oksidere eller miste elektroner.

Det kan tjene deg: Hypofysesyre (H3PO2): Egenskaper, bruksområder og reagenser

H₂ Det er et produkt av vannreduksjon, fordi elektroner får fremmer at H protoner⁺ De kan forene kovalent, og at oksygen blir oh^-.

Derfor h₂ Det forekommer i katoden, som er elektroden der reduksjonen oppstår.

Mens o₂ Den kommer fra vannoksidasjon, fordi den mister elektroner som lar den kobles til hydrogen, og følgelig frigjør H -protoner⁺.

O₂ Den forekommer ved anoden, elektroden der oksidasjon oppstår, og i motsetning til den andre elektroden, er pH rundt anoden sur og ikke -basisk.

Semi -lide reaksjoner

Ovennevnte kan oppsummeres med følgende kjemiske ligninger for semi -livsreaksjoner:

2H₂O + 2E^- => H₂ + 2OH^- (Katode, grunnleggende)

2H₂O => o₂ + 4H⁺ + 4e^- (Anode, syre)

Vann kan imidlertid ikke miste flere elektroner (4e^-) av de som tjener det andre vannmolekylet i katoden (2e^-). Derfor må den første ligningen multipliseres med 2, og deretter trekke med den andre ligningen for å oppnå nettlikningen:

2 (2H₂O + 2E^- => H₂ + 2OH^-)

2H₂O => o₂ + 4H⁺ + 4e^-

---

6H₂O => 2h₂ + ENTEN₂ + 4H⁺ + 4OH^-

Men 4H⁺ og 4OH^- De danner 4H₂Eller, så de eliminerer fire av de seks molekylene av H₂o igjen to. Resultatet er den nylig hevede globale reaksjonen.

Semicelled reaksjoner endres med pH -verdier, teknikker, og har også potensielle medarbeidere for reduksjon eller oksidasjon, som bestemmer hvor mye strøm den må leveres slik at vannelektrolyse fortsetter spontant.

Kan tjene deg: partisjonskoeffisient: distribusjon, distribusjon, applikasjoner

Teknikker

Vannelektrolyseteknikker varierer avhengig av mengden h₂ Jeg₂ Det foreslås å generere.

Begge gassene er veldig farlige hvis de er blandet sammen, og det er grunnen til at elektrolytiske celler har komplekse design for å minimere økningen i gassformig trykk og deres diffusjon av det vandige miljø.

På samme måte svinger teknikkene avhengig av cellen, elektrolytten tilsatt vannet, og elektrodene selv. På den annen side innebærer noen at reaksjonen utføres ved høyere temperaturer, noe som reduserer strømforbruket, og andre bruk av et stort trykk for å opprettholde H₂ lagret.

Blant alle teknikker kan følgende tre nevnes:

Alkalisk vannelektrolyse

Elektrolyse utføres med grunnleggende løsninger av alkaliske metaller (KOH eller NaOH). Med denne teknikken oppstår reaksjonene:

4H₂Eller (l) + 4e^- => 2H₂(g) + 4OH^-(AC)

4OH^-(ac) => eller₂(g) + 2H₂Eller (l) + 4e^-

Som det kan sees, både i katoden og i anoden, har vannet en basisk pH. I tillegg, oh^- De vandrer til anoden der de oksiderer eller₂.

Polymerelektrolytisk membranelektrolyse

I denne teknikken brukes en fast polymer som fungerer som en permeabel membran for H⁺, Men vanntett for gasser. Dette garanterer større sikkerhet under elektrolyse.

Semikrerte reaksjoner for denne saken er:

4H⁺(AC) + 4E^- => 2H₂(g)

2H₂Eller (l) => o₂(g) + 4h⁺(AC) + 4E^-

Ionene h⁺ De vandrer fra anoden til katoden, hvor de reduseres til å bli h₂.

Elektrolyse med faste oksider

Veldig forskjellig fra de andre teknikkene, bruker dette oksider som elektrolytter, som ved høye temperaturer (600-900 ºC) fungerer som et anions middel til transport eller^2-.

Det kan tjene deg: Kobbersulfat (CUSO4): Struktur, egenskaper, innhenting, bruk

Reaksjonene er:

2H₂Eller (g) + 4e^- => 2H₂(g) + 2^2-

2^2- => O₂(g) + 4e^-

Merk at denne gangen er oksider, eller^2-, De som reiser til anoden.

Hva er vannelektrolyse for?

Vannelektrolyse produserer h₂ (g) og o₂ (g). Omtrent 5% av hydrogengass produsert i verden utføres ved vannelektrolyse.

H₂ Det er en elektrolyse ved -produkt av NaCl vandige oppløsninger. Tilstedeværelsen av salt letter elektrolyse ved å øke den elektriske konduktiviteten til vann.

Den globale reaksjonen som finner sted er:

2NaCl +2H₂O => cl₂     +       H₂      +       2naoh

Hydrogen produsert i elektrolyse kan brukes i den kjemiske industrien som virker i avhengighetsreaksjoner, hydrogeneringsprosesser eller som et reduksjonsmiddel i reduksjonsprosesser.

Vannelektrolyse brukes også til å generere oksygen på den internasjonale romstasjonen, som tjener til å opprettholde en oksygenatmosfære på stasjonen.

Hydrogen kan brukes i en brenselcelle, metode for lagring av energi og bruk av vannet som genereres i cellen til astronautforbruk.

Referanser

1. Elektrolyse av vann. Innhentet fra.Wikipedia.org
2. Hydrogenproduksjon: elektrolyse. Energi utvunnet.Gov