Wasserelektrolyse

Wasserelektrolyse ist die Zersetzung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch einen kontinuierlichen elektrischen Strom

Was ist Wasserelektrolyse?

Der Wasserelektrolyse Es ist die Zerlegung von Wasser in seinen Elementarkomponenten durch Auftragen eines elektrischen Stroms. Beim Fortfahren werden Wasserstoff und molekularer Sauerstoff auf zwei inerten Oberflächen gebildet, H₂ ICH₂. Diese beiden Oberflächen sind durch Elektroden besser bekannt.

Theoretisch das Volumen von H₂ gebildet muss doppelt so groß sein, dass das Volumen von o₂, Nun, das Wassermolekül hat einen Anteil H/oder gleich 2, dh zwei h für jeden Sauerstoff.

Diese Beziehung ist direkt mit ihrer chemischen Formel, h₂o, nachgewiesen. Viele experimentelle Faktoren beeinflussen jedoch die erhaltenen Volumina.

Wenn die Elektrolyse in in Wasser getauchten Röhrchen durchgeführt wird, entspricht die kleinste Wassersäule Wasserstoff, da auf der flüssigen Oberfläche eine größere Menge an Gasausgleichsdruck vorliegt. Blasen umgeben die Elektroden und steigen am Ende auf, nachdem er den Wasserdampfdruck überwunden hatte.

Beachten Sie, dass die Röhrchen voneinander getrennt sind, so dass eine geringe Migration der Gase von einer Elektrode zur anderen vorliegt.

Auf niedrigen Skalen ist dies kein unmittelbar bevorstehendes Risiko, sondern auf industriellen Skalen der gasförmigen Mischung von H₂ ICH₂ Es ist sehr gefährlich und explosiv.

Elektrolysereaktion

Wasserelektrolyse beinhaltet viele komplexe Aspekte. Im Allgemeinen beruht die Basis jedoch auf einer einfachen globalen Reaktion:

2H₂Oder (l) => 2h₂(g) + oder₂(G)

Wie in der Gleichung zu sehen ist, greifen zwei Wassermoleküle ein: Eine gewöhnliche muss reduziert werden oder Elektronen gewinnen, während der andere Elektronen oxidieren oder verlieren muss.

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Die h₂ Es ist das Produkt der Wasserreduzierung, da die Elektronen den Gewinn für H -Protonen fördern⁺ Sie können kovalent vereinen, und dieser Sauerstoff wird OH^-.

Daher h₂ Es tritt in der Kathode auf, die die Elektrode ist, bei der die Reduktion auftritt.

Während der o₂ Es kommt aus der Wasseroxidation, weil es Elektronen verliert, die es ermöglichen, mit Wasserstoff verbunden zu sein, und folglich H -Protonen freigibt⁺.

Das Ö₂ Es tritt an der Anode auf, Elektrode, an der Oxidation auftritt, und im Gegensatz zur anderen Elektrode ist der pH um die Anode sauer und nicht basisch.

Semi -LID -Reaktionen

Das obige kann mit den folgenden chemischen Gleichungen für Semi -Life -Reaktionen zusammengefasst werden:

2H₂O + 2e^- => H₂ + 2OH^- (Kathode, grundlegend)

2H₂O => o₂ + 4H⁺ + 4e^- (Anode, Säure)

Wasser kann jedoch nicht mehr Elektronen verlieren (4E^-) derer, die das andere Wassermolekül in der Kathode verdienen (2E^-). Daher muss die erste Gleichung mit 2 multipliziert werden und dann mit der zweiten Gleichung subtrahieren, um die Nettogleichung zu erhalten:

2 (2H₂O + 2e^- => H₂ + 2OH^-)

2H₂O => o₂ + 4H⁺ + 4e^-

---

6h₂O => 2h₂ + ENTWEDER₂ + 4H⁺ + 4oh^-

Aber 4h⁺ und 4oh^- Sie bilden 4H₂Oder, so dass sie vier der sechs Moleküle von H₂o beseitigen, die zwei verlassen haben. Das Ergebnis ist die neu erhöhte globale Reaktion.

Semzierte Reaktionen ändern sich mit pH -Werten, Techniken und haben potenzielle Assoziationen zur Reduzierung oder Oxidation, die bestimmen.

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Techniken

Die Wasserelektrolyse -Techniken variieren je nach H -Menge von H₂ ICH₂ Es wird vorgeschlagen, zu erzeugen.

Beide Gase sind sehr gefährlich, wenn sie zusammengemischt werden, und deshalb tragen elektrolytische Zellen komplexe Konstruktionen, um die Zunahme des gasförmigen Drucks und deren Diffusion durch die wässrige Umgebung zu minimieren.

Ebenso schwingen die Techniken abhängig von der Zelle, dem Wasser und den Elektroden selbst zugänglich. Andererseits implizieren einige, dass die Reaktion bei höheren Temperaturen durchgeführt wird, wodurch der Stromverbrauch und andere den Einsatz enormer Drucke zur Aufrechterhaltung von H reduziert werden₂ gelagert.

Unter allen Techniken können die folgenden drei erwähnt werden:

Alkalische Wasserelektrolyse

Die Elektrolyse erfolgt mit grundlegenden Lösungen von alkalischen Metallen (Koh oder NaOH). Mit dieser Technik treten die Reaktionen auf:

4H₂Oder (l) + 4e^- => 2h₂(g) + 4OH^-(Ac)

4oh^-(ac) => oder₂(g) + 2h₂Oder (l) + 4e^-

Wie zu sehen ist, hat das Wasser sowohl in der Kathode als auch in der Anode einen einfachen pH -Wert. Außerdem oh^- Sie wandern in die Anode, wo sie oxidieren oder₂.

Polymerelektrolytemembranelektrolyse

In dieser Technik wird ein festes Polymer verwendet, das als durchlässige Membran für H dient⁺, Aber wasserdicht für Gase. Dies garantiert eine größere Sicherheit während der Elektrolyse.

Die semikierten Reaktionen für diesen Fall sind:

4H⁺(Ac) + 4e^- => 2h₂(G)

2H₂Oder (l) => o₂(g) + 4h⁺(Ac) + 4e^-

Die Ionen h⁺ Sie wandern von der Anode zur Kathode, wo sie reduziert werden, um H zu werden₂.

Elektrolyse mit festen Oxiden

Sehr anders als die anderen Techniken, verwendet dies Oxide als Elektrolyte, die bei hohen Temperaturen (600-900 ° C) als Anionenmittel des Transports oder fungieren^2-.

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Die Reaktionen sind:

2H₂Oder (g) + 4e^- => 2h₂(g) + 2nd^2-

2^2- => O₂(g) + 4e^-

Beachten Sie, dass diese Zeit Oxide sind oder^2-, Diejenigen, die zur Anode reisen.

Was ist Wasserelektrolyse für?

Wasserelektrolyse erzeugt H₂ (g) und o₂ (G). Ungefähr 5% des in der Welt produzierten Wasserstoffgas werden durch Wasserelektrolyse durchgeführt.

Die h₂ Es handelt. Das Vorhandensein von Salz erleichtert die Elektrolyse, indem die elektrische Leitfähigkeit von Wasser erhöht wird.

Die globale Reaktion, die stattfindet, lautet:

2nacl +2h₂O => cl₂     +       H₂      +       2naoh

In der Elektrolyse erzeugte Wasserstoff kann in der chemischen Industrie verwendet werden, die in Suchtreaktionen, Hydrierungsprozessen oder als Reduktionsmittel bei Reduktionsprozessen wirkt.

Wasserelektrolyse wird auch verwendet, um Sauerstoff an der Internationalen Raumstation zu erzeugen, die eine Sauerstoffatmosphäre an der Station aufrechterhalten.

Wasserstoff kann in einer Brennstoffzelle, zur Speicherung von Energie und zur Verwendung des in der Zelle erzeugten Wassers für den Astronautverbrauch angewendet werden.

Verweise

1. Elektrolyse von Wasser. Abgerufen von.Wikipedia.Org
2. Wasserstoffproduktion: Elektrolyse. Energie gewonnen.Regierung