Электролиз воды — что это такое и применение технологии

Последствия электролиза в нашей жизни встречаются довольно часто, будь то ржавчина на металле или поверхности, покрытые медью. В данной статье мы расскажем, как происходит процесс электролиза воды, его свойства и проведение данной реакции в домашних условиях.

Электролиз воды — что это и для чего он нужен

Электролиз — это процесс, направленный на проведение электрического тока через раствор или расплав электролита, который сопровождается выделением различных ионов вещества. Электролит — это любое вещество, способное пропускать электрический ток — упорядоченное движение электронов.

Чтобы получить водород и кислород в чистом виде, в химических лабораториях проводят электролиз воды. Для осуществления процесса электролиза в раствор или в расплав помещают два электрода (анод и катод), подключённых к разноименным полюсам источника тока. В качестве электродов чаще всего используется графит или благородные металлы (золото, платина и так далее), так как эти материалы пропускают электрический ток, но не подвергаются воздействию электролиза.

Катод — это тот электрод, на котором происходит процесс восстановления (то есть принятия электронов и соответственно понижение степени окисления вещества), подключаемый к отрицательному полюсу источника тока. На аноде же происходит процесс отдачи электронов, то есть окисления. При этом данный электрод подключается к положительному полюсу источника («плюсу»).

Катод является окислителем, поскольку на нем происходит процесс восстановления положительно заряженных частиц — катионов, а анод — восстановителем.

Интересно! Шунгитовая вода — что это такое, полезные свойства для организма и как приготовить в домашних условиях

Процесс электролиза начинается с диссоциации — процесса распада вещества (раствора или расплава электролита) на элементарные ионы. После диссоциации начинаются реакции на катоде и на аноде.

На аноде:

2H2O → O2 + 4H+ + 4e–

на этом электроде происходит распад двух молекул воды на одну молекулу кислорода и четырех катионов водорода.

На катоде:

4H+ + 4e– → 2H2

катионы водорода притягиваются к катоду и восстанавливаются там посредством присоединения электронов. Таким образом образуются две молекулы газообразного водорода.

Общее уравнение электролиза воды запишется в виде:

Но нужно понимать, что вода является достаточно слабым электролитом, поэтому процесс электролиза будет происходить медленно. Для ускорения реакции следует добавить катализатор — вещество, которое увеличивает скорость протекания реакций посредством внедрения дополнительных элементарных химических реакций с меньшим значением энергии активации.

Элекролит не должен вступать в конфликт с водой. Следует подобрать такое вещество, электродный потенциал которого будет меньше, чем у катиона воды (H+). Иначе молекулы водорода не смогут образоваться на катоде. В таблице указаны те ионы (катионы), которые смогут электролизоваться, выделяя чистый кислород и водород.

В качестве неконкурирующего аниона, наоборот, подбирают электролит с большим электродным потенциалов, чем гидроксид-анион OH– воды. В качестве такого электролита применяется щелочь для образования иона. Для электролиза воды используют сильные щелочи — то есть те соединения, которые образованы активными металлами, например, LiOH (гидроксид лития), KOH (гидроксид калия) и NaOH (гидроксид натрия). Иногда для такого электролиза используют сильную кислоту — серную (H2SO4).

С помощью использования более сильных электролитов процесс образования чистого кислорода и водорода происходит намного быстрее.

Интересно! Вода — удивительное вещество для планеты. Свойства и значение

Электролиз воды — эндотермическая или экзотермическая реакция

Эндотермической реакцией называется химический процесс, сопровождаемый поглощением энергии (теплоты). К таким процессам относятся реакции восстановления металлов из оксидов, ионизации и фотосинтеза. Экзотермические реакции — процессы, протекающие с выделением энергии и теплоты. Реакции горения, окисления жиров и взрыва относятся к экзотермическим реакциям.

Таким образом, делаем вывод, что электролиз воды — эндотермическая реакция, поскольку на проведение реакции образования кислорода и водорода поглощается энергия электрического тока.

Электролиз воды в домашних условиях

Для получения чистого кислорода и водорода используют химические лаборатории, однако и в домашних условиях такую реакции произвести более чем возможно. Понадобится:

• источник тока (любой гальванический элемент)
• емкость с возможностью разделения
• электроды (графитовые, золотые или платиновые пластины)
• вода (дистиллированная, вода из-под крана или бутилированная не подойдет)

Следует понимать, что источник тока должен обладать небольшим потенциалом (около 9 Вольт), иначе есть возможность получить удар электрическим током при несоблюдении техники безопасности. Подключаем клеммы источника тока с электродам, заливаем в емкость воды (можно добавить сильную щелочь или разбавленную серную кислоту). Теперь можно запустить ток и наблюдать образование кислорода и водорода на аноде и катоде соответственно.

В данной статье вы узнали, что такое электролиз воды, его свойства и вид реакции (эндотермическая). С помощью электролиза воды можно в домашних условиях получить молекулы чистого кислорода и водорода посредством проведения электрического тока через раствор дистиллированной воды по электродам (катоду и аноду). Вода диссоциирует на катионы водорода и анионы кислорода. Положительные ионы движутся к катоду, отрицательные ионы – к аноду. Для ускорения протекания реакции (катализа) можно добавить в дистиллированную воду сильный электролит, который не вступит в конфликт с ионами воды.