Естественные науки

Водород можно получать электролизом чистой воды . Это так, или я сбрендил ?

Виль Романов
Виль Романов
1 628
Конечно можно. Просто 99% энергии будет теряться на сопротивлении электрлита (то есть воды)

Но, кстати, самые современные электролизёры (генераторы водорода) используют именно сверхчистую воду, и даже ещё очищают её, но там электролиз идёт не в жидкой воде, а сквозь протонобменную полимерную мембрану....
Геннадий П
Геннадий П
73 873
Лучший ответ
Электропроводность чистой воды ничтожна, поэтому использовать чистую воду неэффективно. Если растворить в воде какое-либо вещество (электролит), способное диссоциировать на ионы (катионы и анионы), то электропроводность раствора увеличивается на несколько порядков, и процесс электролиза становится экономически эффективным. Результат электролиза зависит от того, что взято в качестве электролита и от материала анода.
Рассмотрим процессы, происходящие на катоде и аноде. К катоду (электрод, поставляющий из внешней цепи электроны) под действием электрического поля притягиваются катионы, и около катода полно молекул воды. Вода реагирует на катоде по следующей схеме: 2 Н2О + 2 e -----> 2 OH(-) + H2. Катионы металлов могут реагировать по схеме: Cu(2+) + 2 e -----> Cu (металл), Na(+) + e -----> Na (металл). Металлическая медь не может реагировать с водой, поэтому, если на катоде выделилась медь, то она там и останется. Металлический натрий реагирует с водой: 2 Na + 2 H2O -----> 2 Na(+) + 2 OH(-) + H2, поэтому если на катоде должен выделиться металлический натрий, то он тут же прореагирует с водой, и фактически на катоде выделится водород. Реально, натрий не выделяется. Есть так называемый ряд активности металлов. Так вот, металлы, стоящие в этом ряду далеко левее водорода, на катоде выделяться не будут, и на катоде будет выделяться водород. Металлы, стоящие в ряду активности далеко правее водорода будут выделяться на катоде, и там и останутся, водород выделяться не будет. В ситуации с металлами, расположенными в ряду активности близко к водороду, как слева так и справа, результат зависит от многих факторов (концентрация раствора, температура, плотность тока, материал катода и т.п.), и подбором этих факторов можно направить процесс либо в сторону выделения водорода, либо в сторону выделения металла.
Аноды могут быть активными и инертными (подробнее об этом позже, пока рассмотрим инертный анод). На инертном аноде вода может реагировать по следующей реакции: 2 Н2О - 4 e ------> 4 H(+) + O2. На аноде могут разряжаться и анионы электролита, например: 2 Cl(-) - 2 e -----> Cl2 или 2 SO4(2-) - 2 e -----> S2O8(2-). Реальный процесс также зависит от многих факторов. Некий ряд активности, наподобие ряда активности металлов, можно составить и для анионов, включив в него и воду (кислород). Если соответствующий анион в этом ряду находится далеко правее воды воды, например SO4(2-), то реально он разряжаться не будет, а будут разряжаться молекулы воды. Если соответствующий анион в этом ряду находится далеко левее воды воды, например J(-), то реально, то разряжаться будет анион: 2 J(-) - 2 e -----> J2. В ситуации с анионами, расположенными в ряду активности близко к воде, как слева так и справа, результат зависит от многих факторов (концентрация раствора, температура, плотность тока, материал анода и т.п.), и подбором этих факторов можно направить процесс либо в сторону выделения кислорода, либо в сторону разряда аниона.
Таким образом, можно подобрать такие условия электролиза, чтобы на катоде выделялся водород, а на аноде - кислород, и суммарный процесс опишется уравнением: 2 Н2О -----> 2 Н2 + О2, т.е. электролизу будет подвергаться именно вода. Например, если подвергать электролизу раствор Na2SO4, то будет идти электролиз только воды, а Na2SO4, вернее катионы Na(+) и анионы SO4(2-) будут оставаться в растворе. Но, обычно, когда целью электролиза является получение водорода и кислорода, то электролизу подвергают раствор КОН.
Теперь о материале анода. Если в качестве анода взять легко окисляемый металл, то на аноде не будут разряжаться анионы или молекулы воды, а будет растворяться сам анод (даже медный). Поскольку это не нужно, используют так называемые "инертные аноды", например графитовые или титановые, покрытые окисью рутения (ОРТА).
Таким образом, водород (и кислород) можно получить электролизом воды, но в воду, для повышения электропроводности, нужно добавить электролит (Na2SO или КОН), не подвергающийся электролиз
Схема электролизера: 1 - плата, 2 - прокладка, 3 - электроды, 4 - стяжной болт, 5 - отверстие для газовой смеси, 6 - отстойник с перегородкой, 7 - штуцер, 8 - шланг, 9 - корпус водяного затвора, 10 - газоприемная трубка затвора, 11 - корпус автовыключателя, 12 - контактор, 13 - резиновая груша, 14 - шланг к горелке, 15 - рукоятка горелки, 16 - огнегасящая набивка, 17 - полая игла, 18 - обратный клапан, 19 - водяной столб, 20 - кран нижнего уровня воды, 21 - заливной патрубок, 22 - решетка фильтра, 23 - фильтр, 24 - аварийный обратный клапан, 25 - раструб, 26 - сливной патрубок отстойника, 27 - сливной патрубок для электролита, 28 - заливная трубка, 29 - винтовая пробка, 30 - электролит. Ещё как!
Максим Усик
Максим Усик
6 219
Аня Шульц Оо, какие картины знакомые... из Моделист конструктор.
Правда горючая смесь получают, без разделения от кислорода.
При использовании аккумулируя в емкость.
Хороший аппарат, потому как высокотемпературное пламя.
Ювелирам, холодильщикам, ..
Можно, но неэффективно - у чистой воды высокое сопротивление. Поэтому при электролизе добавляют щёлочь (например KOH)

Похожие вопросы