Vesielektrolyysi

Vesielektrolyysi on veden hajoaminen vedyssä ja hapessa jatkuvan sähkövirran kautta

Mikä on vesielektrolyysi?

Se Vesielektrolyysi Se on veden hajoaminen sen peruskomponenteissa käyttämällä sähkövirtaa. Kun edetessä, vety ja molekyylihappi, H: n muodostetaan kahdelle inertille pinnalle, H₂ Minä₂. Nämä kaksi pintaa tunnetaan paremmin elektrodilla.

Teoreettisesti H: n tilavuus₂ muodostettu on oltava kahdesti, että O: n tilavuus₂, No, vesimolekyylillä on osuus H/tai yhtä suuri kuin 2, ts. Kaksi h kutakin happea kohtaan.

Tämä suhde on osoitettu suoraan sen kemiallisen kaavan, h₂o: n kanssa. Monet kokeelliset tekijät vaikuttavat kuitenkin saatuihin määriin.

Jos elektrolyysi suoritetaan veteen upotettujen putkien sisällä, pienin vesipylväs vastaa vetyä, koska nestemäisessä pinnassa on suurempi määrä kaasua kohdistuvaa painetta. Kuplat ympäröivät elektrodit ja päätyvät nousevan vesihöyryn paineen voittamisen jälkeen.

Huomaa, että putket on erotettu toisistaan, niin että kaasut ovat alhainen elektrodista toiseen.

Pienellä asteikolla tämä ei edusta välitöntä riskiä, ​​vaan teollisuusasteikolla, kaasumainen seos H₂ Minä₂ Se on erittäin vaarallinen ja räjähtävä.

Elektrolyysireaktio

Vesielektrolyysi sisältää monia monimutkaisia ​​näkökohtia. Yleisesti ottaen sen perusta perustuu kuitenkin yksinkertaiseen globaaliin reaktioon:

2H₂Tai (l) => 2h₂(g) + tai₂(g)

Kuten yhtälöstä voidaan nähdä, kaksi vesimolekyyliä puuttuu: Yksi tavallinen on pelkistettävä tai saatava elektroneja, kun taas toisen on hapettua tai kadotettava elektronit.

Se voi palvella sinua: Aivolisäkkeen happo (H3PO2): Ominaisuudet, käytöt ja reagenssit

H₂ Se on veden vähentämisen tuote, koska elektronien vahvistus edistää sitä H -protoneja⁺ Ne voivat yhdistää kovalenttisesti, ja että happea tulee OH^-.

Siksi h₂ Sitä esiintyy katodissa, joka on elektrodi, jossa pelkistys tapahtuu.

Kun taas o₂ Se tulee veden hapettumisesta, koska se menettää elektronit, jotka sallivat sen kytkemisen vedyyn, ja sen seurauksena H -protoneja vapauttaa⁺.

O₂ Se esiintyy anodissa, elektrodissa, jossa hapetus tapahtuu, ja toisin kuin toinen elektrodi, pH anodin ympärillä on hapan ja ei -basic.

Puolijohde reaktiot

Yllä olevasta voidaan tiivistää seuraavilla kemiallisilla yhtälöillä puolivälien reaktioille:

2H₂O + 2e^- => H₂ + 2OH^- (Katodi, perus)

2H₂O => o₂ + 4H⁺ + 4e^- (Anodi, happo)

Vesi ei kuitenkaan voi menettää enemmän elektroneja (4E^-) niistä, jotka ansaitsevat toisen vesimolekyylin katodissa (2e^--A. Siksi ensimmäinen yhtälö on kerrottava 2: lla ja vähennetään sitten toisen yhtälön kanssa nettoyhtälön saamiseksi:

2 (2h₂O + 2e^- => H₂ + 2OH^--A

2H₂O => o₂ + 4H⁺ + 4e^-

---

6H₂O => 2h₂ + JOMPIKUMPI₂ + 4H⁺ + 4OH^-

Mutta 4H⁺ ja 4OH^- Ne muodostavat 4H₂Tai niin, että ne eliminoivat neljä H₂O: n kuudesta molekyylistä jättivät kaksi. Tuloksena on vasta korotettu globaali reaktio.

Puolireaktiot muuttuvat pH -arvojen, tekniikoiden kanssa ja niillä on myös potentiaalisia assosiaatioita pelkistämiseen tai hapettumiseen, mikä määrittää, kuinka paljon virtaa se on toimitettava siten, että vesielektrolyysi etenee spontaanisti.

Voi palvella sinua: Osiokerroin: Jakelu, jakelu, sovellukset

Tekniikat

Vesielektrolyysitekniikat vaihtelevat H: n määrän mukaan₂ Minä₂ Sen ehdotetaan tuottavan.

Molemmat kaasut ovat erittäin vaarallisia, jos ne sekoitetaan toisiinsa, ja siksi elektrolyyttiset solut kuljettavat kompleksisia malleja kaasumaisten paineiden lisääntymisen ja niiden diffuusion minimoimiseksi vesipitoisella ympäristöllä.

Samoin tekniikat värähtelevät solusta riippuen, veteen lisätty elektrolyytti ja elektrodit itse. Toisaalta jotkut viittaavat siihen, että reaktio suoritetaan korkeammissa lämpötiloissa, vähentäen sähkönkulutusta ja toiset valtavien paineiden käyttö H: n ylläpitämiseksi₂ varastossa.

Kaikista tekniikoista voidaan mainita seuraavat kolme:

Emäksinen vesielektrolyysi

Elektrolyysi suoritetaan emäksisten metallien (KOH tai NaOH) emäksisillä liuoksilla. Tällä tekniikalla reaktiot tapahtuvat:

4H₂Tai (l) + 4e^- => 2h₂(g) + 4OH^-(AC)

4OH^-(ac) => tai₂(g) + 2h₂Tai (l) + 4e^-

Kuten voidaan nähdä, sekä katodissa että anodissa vedellä on emäksinen pH. Lisäksi OH^- He siirtyvät anodiin, jossa he hapettuu tai₂.

Polymeerielektrolyyttinen kalvoelektrolyysi

Tässä tekniikassa käytetään kiinteää polymeeriä, joka toimii läpäisevänä kalvona H: lle⁺, Mutta vedenpitävä kaasulle. Tämä takaa suuremman turvallisuuden elektrolyysin aikana.

Puolipisteet tässä tapauksessa ovat:

4H⁺(AC) + 4e^- => 2h₂(g)

2H₂Tai (l) => o₂(g) + 4H⁺(AC) + 4e^-

Ionit h⁺ He siirtyvät anodista katodiin, missä heistä on pelkistetty H -₂.

Elektrolyysi kiinteillä oksideilla

Hyvin erilainen kuin muut tekniikat, tämä käyttää oksideja elektrolyytteinä, jotka korkeissa lämpötiloissa (600-900º C) toimivat anionin kuljetusvälineinä tai^2-.

Se voi palvella sinua: kuparisulfaatti (CUSO4): rakenne, ominaisuudet, hankkiminen, käyttö

Reaktiot ovat:

2H₂Tai (g) + 4e^- => 2h₂(g) + 2^2-

2^2- => O₂(g) + 4e^-

Huomaa, että tällä kertaa oksidit tai^2-, Ne, jotka matkustavat anodiin.

Mikä on vesielektrolyysi?

Vesielektrolyysi tuottaa H₂ (g) ja o₂ (g). Noin 5% maailmassa tuotetusta vetykaasusta suoritetaan vesielektrolyysillä.

H₂ Se on NaCl -vesiliuosten elektrolyysi. Suolan läsnäolo helpottaa elektrolyysiä lisäämällä veden sähkönjohtavuutta.

Maailmanlaajuinen reaktio on:

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

Elektrolyysissä tuotettua vetyä voidaan käyttää kemianteollisuudessa, joka toimii riippuvuusreaktioissa, hydrausprosesseissa tai pelkistävänä aineena pelkistysprosesseissa.

Vesielektrolyysiä käytetään myös hapen tuottamiseen kansainvälisellä avaruusasemalla, joka ylläpitää happea ilmakehää asemalla.

Vetyä voidaan käyttää polttokennossa, menetelmä energian varastointiin ja solussa tuotettua vettä astronautin kulutukseen.

Viitteet

1. Veden elektrolyysi. Haettu jstk.Wikipedia.org
2. Vetytuotanto: elektrolyysi. Energia.Hallitus