Électrolyse de l'eau

L'électrolyse d'eau est la décomposition de l'eau dans l'hydrogène et l'oxygène à travers un courant électrique continu

Qu'est-ce que l'électrolyse d'eau?

La Électrolyse de l'eau C'est la décomposition de l'eau dans ses composants élémentaires en appliquant un courant électrique. Lors de la procédure, de l'hydrogène et de l'oxygène moléculaire, H se forme sur deux surfaces inertes, H₂ je₂. Ces deux surfaces sont mieux connues par des électrodes.

Théoriquement, le volume de H₂ formé doit être deux fois que le volume de o₂, Eh bien, la molécule d'eau a une proportion h / ou égale à 2, c'est-à-dire deux h pour chaque oxygène.

Cette relation est prouvée directement avec sa formule chimique, H₂o. Cependant, de nombreux facteurs expérimentaux influencent les volumes obtenus.

Si l'électrolyse est réalisée dans des tubes immergés dans l'eau, la plus petite colonne d'eau correspond à l'hydrogène, car il y a une plus grande quantité de gaz exerçant une pression sur la surface du liquide. Des bulles entourent les électrodes et finissent par monter après avoir surmonté la pression de vapeur d'eau.

Notez que les tubes sont séparés les uns des autres, de sorte qu'il y a une faible migration des gaz d'une électrode à l'autre.

À faible échelle, cela ne représente pas un risque imminent, mais à des échelles industrielles, le mélange gazeux de H₂ je₂ C'est très dangereux et explosif.

Réaction d'électrolyse

L'électrolyse de l'eau implique de nombreux aspects complexes. Cependant, en termes généraux, sa base repose sur une simple réaction globale:

2h₂Ou (l) => 2h₂(g) + ou₂(g)

Comme on peut le voir dans l'équation, deux molécules d'eau interviennent: l'une ordinaire doit être réduite ou gagner des électrons, tandis que l'autre doit oxyder ou perdre des électrons.

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Le H₂ C'est le produit de la réduction de l'eau, car le gain des électrons favorise que les protons H⁺ Ils peuvent unir de manière covalente, et cet oxygène devient oh^-.

Par conséquent, H₂ Il se produit dans la cathode, qui est l'électrode où la réduction se produit.

Tandis que le o₂ Il provient de l'oxydation de l'eau, car il perd des électrons qui lui permettent d'être liés à l'hydrogène et libère par conséquent des protons H⁺.

Le o₂ Il se produit à l'anode, l'électrode où l'oxydation se produit, et contrairement à l'autre électrode, le pH autour de l'anode est acide et non basique.

Réactions semi-lid

Ce qui précède peut être résumé avec les équations chimiques suivantes pour les réactions semi-vie:

2h₂O + 2E^- => H₂ + 2OH^- (Cathode, Basic)

2h₂O => O₂ + 4h⁺ + 4E^- (Anode, acide)

Cependant, l'eau ne peut pas perdre plus d'électrons (4E^-) de ceux qui gagnent l'autre molécule d'eau dans la cathode (2E^-). Par conséquent, la première équation doit être multipliée par 2, puis soustraire avec la deuxième équation pour obtenir l'équation nette:

2 (2h₂O + 2E^- => H₂ + 2OH^-)

2h₂O => O₂ + 4h⁺ + 4E^-

---

6h₂O => 2H₂ + SOIT₂ + 4h⁺ + 4OH^-

Mais 4h⁺ et 4Oh^- Ils forment 4h₂Ou, donc ils éliminent quatre des six molécules de H₂o qui ont laissé deux. Le résultat est la réaction globale nouvellement surélevée.

Les réactions semi-conduites changent avec les valeurs de pH, les techniques et ont également des associés potentiels pour la réduction ou l'oxydation, qui déterminent la quantité de courant pour être fournie afin que l'électrolyse de l'eau se déroule spontanément.

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Techniques

Les techniques d'électrolyse d'eau varient en fonction de la quantité de H₂ je₂ Il est proposé pour générer.

Les deux gaz sont très dangereux s'ils sont mélangés ensemble, et c'est pourquoi les cellules électrolytiques transportent des conceptions complexes pour minimiser l'augmentation des pressions gazeuses et leur diffusion par l'environnement aqueux.

De même, les techniques oscillent en fonction de la cellule, l'électrolyte a ajouté à l'eau et les électrodes elles-mêmes. D'un autre côté, certains impliquent que la réaction est effectuée à des températures plus élevées, réduisant la consommation d'électricité et d'autres l'utilisation d'énormes pressions pour maintenir H₂ stocké.

Parmi toutes les techniques, les trois suivants peuvent être mentionnés:

Electrolyse d'eau alcaline

L'électrolyse est réalisée avec des solutions de base de métaux alcalins (KOH ou NaOH). Avec cette technique, les réactions se produisent:

4h₂Ou (l) + 4e^- => 2h₂(g) + 4OH^-(AC)

4OH^-(ac) => ou₂(g) + 2h₂Ou (l) + 4e^-

Comme on peut le voir, à la fois dans la cathode et dans l'anode, l'eau a un pH de base. De plus, oh^- Ils migrent vers l'anode où ils oxydent ou₂.

Électrolyse de la membrane électrolytique polymère

Dans cette technique, un polymère solide est utilisé qui sert de membrane perméable pour H⁺, Mais imperméable pour les gaz. Cela garantit une plus grande sécurité pendant l'électrolyse.

Les réactions semi -cées pour ce cas sont:

4h⁺(AC) + 4E^- => 2h₂(g)

2h₂Ou (l) => o₂(g) + 4h⁺(AC) + 4E^-

Les ions h⁺ Ils migrent de l'anode vers la cathode, où ils sont réduits pour devenir h₂.

Électrolyse avec des oxydes solides

Très différent des autres techniques, cela utilise des oxydes comme électrolytes, qui à des températures élevées (600-900 ° C) fonctionnent comme un moyen de transport anion^2-.

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Les réactions sont:

2h₂Ou (g) ​​+ 4e^- => 2h₂(g) + 2e^2-

2^2- => O₂(g) + 4E^-

Notez que cette fois sont des oxydes, ou^2-, Ceux qui voyagent à l'anode.

Qu'est-ce que l'électrolyse d'eau pour?

L'électrolyse d'eau produit H₂ (g) et o₂ (g). Environ 5% des gaz hydrogène produits dans le monde sont effectués par électrolyse d'eau.

Le H₂ Il s'agit d'une électrolyse par - Produit de solutions aqueuses NaCl. La présence de sel facilite l'électrolyse en augmentant la conductivité électrique de l'eau.

La réaction globale qui a lieu est:

2NACL + 2H₂O => CL₂     +       H₂      +       2naoh

L'hydrogène produit dans l'électrolyse peut être utilisé dans l'industrie chimique agissant dans les réactions de dépendance, les processus d'hydrogénation ou comme agent réducteur dans les processus de réduction.

L'électrolyse d'eau est également utilisée pour générer de l'oxygène à la Station spatiale internationale, qui sert à maintenir une atmosphère d'oxygène à la station.

L'hydrogène peut être utilisé dans une pile à combustible, une méthode pour stocker l'énergie et l'utilisation de l'eau générée dans la cellule pour la consommation d'astronautes.

Les références

1. Électrolyse de l'eau. Récupéré de.Wikipédia.org
2. Production d'hydrogène: électrolyse. L'énergie récupérée.Gouvernement