Как образуются водород и кислород при электролизе воды? Объясните механизм процесса.

Всё очень просто.

При прохождении через воду постоянного электрического тока на стороне анода (электрода с положительным зарядом) происходит ее диссоциация (разложение). Нейтральные молекулы воды отдают аноду свои электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы водорода (Н+) и молекулы кислорода (O2). Таким образом из воды выделяется газообразный кислород. На стороне катода (электрода с отрицательным зарядом) образовавшиеся на аноде ионы водорода (H+) принимают электроны, соединяются друг с другом и образуют газообразный водород (H2):

Схематическое изображение процесса:

Анод: 2H2O распадается на O2 и 4H+ , а также 4e-
Катод: 4H+ принимают 4e-, получаются 2H2

Молекула воды тупо разрывается на части электрическим полем, ионы рекомбинируют на электродах сливаясь в нейтральные молекулы, газ выделяется из воды ввиде пузырьков и улетучивается в атмосферу, если нет уловителя с сепаратором...

Вопрос изучен хорошо и давно. Только у меня встречный вопрос, а вы не знаете, почему в первом и даже в 10 классе не изучают решения систем дифференциальных уравнений, а ведь с их помощью можно описать любой процесс? А может беда в том, что даже 10-классники не имеют соответствующей математической подготовки, чтобы понять как решать эти системы? У вас тот же случай. Начиная с вопроса, куда двигаются ионы - объяснить несложно, если вы знаете физику на уровне школьной программы 9 -10 класса. А вот почему происходит диссоциация молекул, а потом рекомбинация ионов водорода и ионов гидроксила - несколько труднее, причина в отсутствии у вас соответствующих знаний. Если вам интересна эта тема, то готов побеседовать о ней с вами в скайпе

По-моему теория элетролитической диссоциации описана в школьном учебнике химии достаточно просто и ясно.

под действием тока молекулы воды (Н2О) разлагается на кислород (О2) и 2 молекулы водорода (Н2) , что элементарно собрать в двух пробирках: отдельно водород, отдельно кислород...
и даже зрительно можно будет увидеть, что водород занимает в 2 раза больше объем, чем кислород
Обычной батарейки хватит для получения кислорода и водорода...

а вот еще:
http://www.findpatent.ru/patent/214/2142905.html
в способе получения водорода и кислорода из пара воды, включающем пропускание этого пара через электрическое поле, согласно изобретению используют перегретый пар с температурой 500-550oC и пропускают его через электрическое поле постоянного тока высокого напряжения, вызывая тем самым диссоциацию пара и разделение его на атомы водорода и кислорода.

Предложенный способ основан на следующем.

1. Электронная связь между атомами водорода и кислорода ослабевает пропорционально повышению температуры воды. Это подтверждается практикой при сжигании сухого каменного угля. Перед тем как сжигать сухой уголь, его поливают водой. Мокрый уголь дает больше тепла, лучше горит. Это происходит от того, что при высокой температуре горения угля вода распадается на водород и кислород. Водород сгорает и дает дополнительные калории углю, а кислород увеличивает объем кислорода воздуха в топке, что способствует лучшему и полному сгоранию угля.

2. Температура воспламенения водорода от 580 до 590oC, разложение воды должно быть ниже порога зажигания водорода.

3. Электронная связь между атомами водорода и кислорода при температуре 550oC еще достаточна для образования молекул воды, но орбиты электронов уже искажены, связь с атомами водорода и кислорода ослаблена. Для того, чтобы электроны сошли со своих орбит и атомная связь между ними распалась, нужно электронам добавить еще энергии, но уже не тепла, а энергию электрического поля высокого напряжения. Тогда потенциальная энергия электрического поля преобразуется в кинетическую энергию электрона. Скорость электронов в электрическом поле постоянного тока возрастает пропорционально квадратному корню напряжения, приложенного к электродам.

Вы правы, нам в наших школах это не объясняли. И, не имея таких объяснений, остаётся предположить, что это происходит под воздействием каких-то силовых полей или излучений, которыми пронизано всё проницаемое для них, даже вакуум.

Для начала пойми, что "ионы" это собирательный термин, который включает в себя "катионы" и "анионы". Анион это "минус", а "катион" это плюс источника питания посредством которого организован процесс электролиза. Поэтому сказать что "вода распадается на ионы"... значит сказать абсурд.. как вода может распадаться на одни "минусы" т. е. ионы? Вода не может распадаться на катионы и анионы - они просто знак заряда (тока) посредством которого начинается процесс разложения воды - электролиз. Вода разлагается на свои составные водород и кислород, ведь формула воды Н2О При кипячении (или при слабом токе - испарение) пресной воды постоянным током газы концентрируются вокруг каждого электрода и вещество катода собирается на аноде, а вещество анода собирается на катоде. Если в качестве электродов использовать две трубки, то по трубкам пойдет свой газ, т. е. в емкости с "минусом" водород, а в емкости с "плюсом" кислород, которые обычно концентрируют в баллонах. Если эти газы не собирать под давлением в баллоны они смешиваются в атмосфере совершенно безопасно. Если кипячение (испарение) воды происходит при переменном токе (два лезвия в воде) то газы не разделяются и не собираются вокруг электрода, а уносятся в виде "пара" сразу в атмосферу. И пар преобразуется в воздух. Т. е. пар это переходная стадия - еще не воздух и уже не вода. Берешь две банки с чистой пресной водой. Вставляешь в каждую из них по ложке из нержавейки, на них цепляешь плюс и минус от источника питания. Банки соединяешь проводом или третью ложку сгинаешь, чтобы она находилась сразу в двух банках. И наблюдаешь процесс электролиза. Лучше всего использовать электроды из металла который наиболее устойчив к процессу ( например золото, титан) В банке с минусом будет образовываться белая вода, насыщенная водородом, ее pH будет 8-9 (живая вода), а в другой банке вода желтая, на вкус кислая с большим содержанием кислорода, ее pH будет 5-6 (мертвая вода)
Как видишь это не сколько процесс разложения воды, а сколько процесс изменения пропорции содержания в воде водорода и кислорода. Ведь процесс у нас проходит в разных банках... соединенных проводом.

Да, мне, как и Вам, в школе этого не объяснили. Хотя я закончил все 11 классов. А как ни странно в иностранной гимназии (в Швеции, у них там 10 и 11-ого классов нету, но есть гимназия, с соответствующим углублённым уровнем подготовки по некоторым предметам). Представьте мой конфуз, когда веря своей учительнице физики я начал спорить со Шведской учительницей химии о том, что вода не диссоциирует и соответственно ток не проводит... а потом я узнал что я неправ (и соответственно учительница, которая меня этому научила), а шведка права :)

В общем нас многому не учат, а если Вам попадётся плохой учитель, то каждое его утверждение ещё и перепроверять приходится :(

А происходит процесс приблизительно следующим образом:
1. Ионы водорода и кислорода уже есть в воде до подачи электрического тока. Именно благодаря этому через воду ток и проходит, хотя слабо. А находятся они там потому, что молекулы являются полярными, потому под действием других молекул некоторые из них просто разрываются в следствии электромагнитного воздействия других молекул. То есть молекулу можно представить как некий маленький магнитик с полюсами. Если к нему поднести ещё несколько таких же магнитиков в правильной ориентации, то они этот магнитик разорвут на 2 части (растягивая в разные стороны). Но чистая вода плохо проводит электричество, потому что там на каждую "разорванную" молекулу приходится то ли одна, то ли две целые, которые ток, соответственно, не проводят, а просто при подаче тока ориентируются соответствующим образом (как маленькие магнитики)

2. Ну а раз ионы уже присутствуют в воде до подачи электричества, то дальше процесс очевиден. Положительный ион при подаче тока поплывёт в сторону отрицательного электрода, а отрицательный ион в сторону положительного. Как только ион приблизится к электроду, он отдаст свой лишний электрон или получит недостающий и превратится в полноценный атом. Таким образом пара разно заряженных ионов проводит электрический ток, а сами ионы превращаются в обычные атомы.

Ну, вроде ничего не забыл :) Надеюсь я Вам помог с пониманием этого явления...

прри электролизе используица два разных ионых
заряда, а у водорода и кислорода разные (полярн)
свойства

Всё очень просто В приэлектродных областях при протекании электрического тока в электролите образуются огромные скачки потенциала, способные за счёт электростатической силы разорвать нейтральную молекулу

Вода - электролит, из-за диссоциации воды. Подавая ток на химически инертные токопроводы мы запускаем электрохимическую реакцию - вкачивая в ионы ток, разлагаем электролит на элементы.

Итак .
Молекулы воды обладают внутренней энергией и некоторой электро-проводимостью .
Это значит если пустить ток то вдоль силовых линий будут выстраиваться молекулы воды и их будет разрывать их-же внутренняя энергия .
Частицы вольта в некоторой степени заменяют температурные частицы .
Так-что электролиз что-то вроде более лучшего варианта чем разложение молекул нагревом .

Нам повезло, нам очень хорошо объясняли, только не помню ни фига.

Вы правы, нам в наших школах это не объясняли. И, не имея таких объяснений, остаётся предположить, что это происходит под воздействием каких-то силовых полей или излучений, которыми пронизано всё проницаемое для них, даже вакуум.