Eletrólise aquática

Eletrólise aquática é a decomposição da água em hidrogênio e oxigênio através de uma corrente elétrica contínua

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.

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O 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.

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Técnicas

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 ou^2-.

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As reações são:

2h₂Ou (g) ​​+ 4e^- => 2h₂(g) + 2º^2-

2^2- => O₂(g) + 4e^-

Observe que desta vez são óxidos, ou^2-, 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

1. Eletrólise da água. Recuperado de.Wikipedia.org
2. Produção de hidrogênio: eletrólise. Energia recuperada.Gov