Eletrólise aquática
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- Gilbert Franecki
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O que é eletrólise aquática?
O Eletrólise aquática É a decomposição da água em seus componentes elementares aplicando uma corrente elétrica. Ao prosseguir, hidrogênio e oxigênio molecular, H são formados em duas superfícies inertes, H2 EU2. Essas duas superfícies são mais conhecidas pelos eletrodos.
Teoricamente, o volume de H2 formado deve ser duas vezes que o volume de O2, Bem, a molécula de água tem uma proporção h/ou igual a 2, ou seja, dois h para cada oxigênio.
Este relacionamento é comprovado diretamente com sua fórmula química, h₂o. No entanto, muitos fatores experimentais influenciam os volumes obtidos.
Se a eletrólise for realizada dentro dos tubos submersos em água, a menor coluna de água corresponde ao hidrogênio, pois há uma quantidade maior de pressão de exercício de gás na superfície do líquido. Bolhas cercam os eletrodos e acabam subindo após superar a pressão do vapor de água.
Observe que os tubos são separados um do outro, para que haja uma baixa migração dos gases de um eletrodo para o outro.
Em escalas baixas, isso não representa um risco iminente, mas em escalas industriais, a mistura gasosa de H2 EU2 É altamente perigoso e explosivo.
Reação de eletrólise
A eletrólise aquática envolve muitos aspectos complexos. No entanto, em termos gerais, sua base se baseia em uma reação global simples:
2h2Ou (l) => 2h2(g) + ou2(g)
Como pode ser visto na equação, duas moléculas de água intervêm: um comum deve ser reduzido ou ganho elétrons, enquanto o outro deve oxidar ou perder elétrons.
Pode atendê -lo: ácido pituitado (H3PO2): Propriedades, usos e reagentesO h2 É o produto da redução de água, porque o ganho de elétrons promove que os prótons H+ Eles podem se unir covalentemente, e esse oxigênio se torna oh-.
Portanto, h2 Ocorre no cátodo, que é o eletrodo onde a redução ocorre.
Enquanto o2 Ele vem da oxidação da água, porque perde elétrons que permitem que ele esteja ligado ao hidrogênio e, consequentemente, libera os prótons H+.
O o2 Ocorre no ânodo, eletrodo onde ocorre a oxidação e, diferentemente do outro eletrodo, o pH ao redor do ânodo é ácido e não -básico.
Reações semi -líds
O exposto acima pode ser resumido com as seguintes equações químicas para reações semi -vida:
2h2O + 2E- => H2 + 2oh- (Cátodo, básico)
2h2O => o2 + 4h+ + 4e- (Ânodo, ácido)
No entanto, a água não pode perder mais elétrons (4e-) daqueles que ganham a outra molécula de água no cátodo (2e-). Portanto, a primeira equação deve ser multiplicada por 2 e depois subtrair a segunda equação para obter a equação líquida:
2 (2h2O + 2E- => H2 + 2oh-)
2h2O => o2 + 4h+ + 4e-
6h2O => 2h2 + QUALQUER2 + 4h+ + 4oh-
Mas 4h+ e 4oh- Eles formam 4h2Ou, assim, eles eliminam quatro das seis moléculas de H₂o deixaram dois. O resultado é a reação global recém -levantada.
As reações semiceladas mudam com os valores de pH, técnicas e também têm associados em potencial para redução ou oxidação, que determinam quanta corrente precisa ser fornecida para que a eletrólise da água prossiga espontaneamente.
Pode servir a você: coeficiente de partição: distribuição, distribuição, aplicaçõesTécnicas
As técnicas de eletrólise de água variam dependendo da quantidade de H2 EU2 Propõe -se gerar.
Ambos os gases são muito perigosos se forem misturados, e é por isso que as células eletrolíticas carregam projetos complexos para minimizar o aumento das pressões gasosas e sua difusão pelo ambiente aquoso.
Da mesma forma, as técnicas oscilam dependendo da célula, o eletrólito adicionado à água e os próprios eletrodos. Por outro lado, alguns sugerem que a reação é realizada em temperaturas mais altas, reduzindo o consumo de eletricidade e outros o uso de grandes pressões para manter H2 armazenado.
Entre todas as técnicas, os três seguintes podem ser mencionados:
Eletrólise de água alcalina
A eletrólise é realizada com soluções básicas de metais alcalinos (KOH ou NaOH). Com esta técnica, as reações ocorrem:
4h2Ou (l) + 4e- => 2h2(g) + 4oh-(AC)
4oh-(AC) => ou2(g) + 2h2Ou (l) + 4e-
Como pode ser visto, tanto no cátodo quanto no ânodo, a água tem um pH básico. Além disso, oh- Eles migram para o ânodo onde oxidam ou2.
Eletrólise da membrana eletrolítica polimérica
Nesta técnica, é usado um polímero sólido que serve como uma membrana permeável para H+, Mas à prova d'água para gases. Isso garante maior segurança durante a eletrólise.
As reações semiceladas para este caso são:
4h+(AC) + 4E- => 2h2(g)
2h2Ou (l) => o2(g) + 4h+(AC) + 4E-
Os íons h+ Eles migram do ânodo para o cátodo, onde são reduzidos para se tornarem2.
Eletrólise com óxidos sólidos
Muito diferente das outras técnicas, isso usa óxidos como eletrólitos, que em altas temperaturas (600-900º C) funcionam como um meio de transporte ânion ou2-.
Pode atendê -lo: sulfato de cobre (CUSO4): estrutura, propriedades, obtenção, usosAs reações são:
2h2Ou (g) + 4e- => 2h2(g) + 2º2-
22- => O2(g) + 4e-
Observe que desta vez são óxidos, ou2-, Aqueles que viajam para o ânodo.
Para que é a eletrólise da água para?
A eletrólise aquática produz H2 (g) e O2 (g). Aproximadamente 5% do gás hidrogênio produzido no mundo é realizado por eletrólise aquática.
O h2 É uma eletrólise por -produto de soluções aquosas de NaCl. A presença de sal facilita a eletrólise, aumentando a condutividade elétrica da água.
A reação global que ocorre é:
2NACL +2H2O => Cl2 + H2 + 2naoh
O hidrogênio produzido em eletrólise pode ser usado na indústria química que atua em reações de dependência, processos de hidrogenação ou como um agente redutor nos processos de redução.
A eletrólise da água também é usada para gerar oxigênio na estação espacial internacional, que serve para manter uma atmosfera de oxigênio na estação.
O hidrogênio pode ser usado em uma célula de combustível, método para armazenar energia e usar a água gerada na célula para consumo de astronautas.
Referências
- Eletrólise da água. Recuperado de.Wikipedia.org
- Produção de hidrogênio: eletrólise. Energia recuperada.Gov