물 전기 분해 절차, 기술, 가정용 실험



그 물 전기 분해 그것은 전류의 적용에 의해 물이 그것의 기본 구성 요소들로 분해되는 것이다. 진행할 때 수소와 분자 산소가 두 개의 불활성 표면에 형성된다. H2 와 O2. 이 두 표면은 전극 이름으로 더 잘 알려져 있습니다..

이론적으로, H2 O의 부피의 두 배가되어야합니다.2. 왜? 물 분자는 2와 동일한 H / O 비율, 즉 각 산소에 대해 2 H가 있기 때문입니다. 이 관계는 화학 공식 인 H2O. 그러나 많은 실험 요소가 얻어진 부피에 영향을 미친다..

전기 분해가 물 속에 잠긴 튜브 (상단 이미지) 내부에서 수행되는 경우 액체의 표면에 더 많은 양의 가스가 가해 지므로 낮은 높이의 물의 칼럼이 수소에 해당합니다. 기포가 전극을 둘러싸고 물의 증기압이 만료 된 후에 상승합니다..

튜브는 한 전극에서 다른 전극으로의 가스 이동이 거의 없도록 서로 분리되어 있습니다. 낮은 규모에서는 이것이 곧 위험을 의미하지는 않습니다. 그러나 산업 규모에서, H의 가스 혼합물2 와 O2 매우 위험하고 폭발적입니다..

이러한 이유로, 물 전기 분해가 수행되는 전기 화학 전지는 매우 비싸다. 그들은 가스가 혼합되지 않도록 보장하는 디자인과 요소, 유익한 전류 공급, 높은 농도의 전해질, 특수 전극 (전기 촉매) 및 H를 저장하는 메커니즘을 필요로합니다2 생산 된.

전기 촉매는 마찰을 나타내고 동시에 물 전기 분해의 수익성을위한 날개를 나타냅니다. 일부는 백금과 이리듐과 같은 귀금속 산화물로 구성되어 있으며 가격은 매우 비쌉니다. 특히 연구자들이 효율적이고 안정적이며 값싼 전극 디자인을 위해 힘을 모으는 곳은 바로이 시점에 있습니다.

이러한 노력의 이유는 O2, H와 비교하여 더 낮은 속도로 주어진다.2. O가 형성되는 전극에 의한 이러한 감속2 그것은 필요한 결과보다 훨씬 더 큰 잠재력의 적용을 일반적인 결과로 가져옵니다. 성능이 같고 비용이 많이 들지도 록 동일합니다..

색인

  • 1 전기 분해 반응
    • 1.1 하프 - 세포 반응
  • 2 절차
  • 3 가지 기술
    • 3.1 알칼리성 물로 전기 분해
    • 3.2 고분자 전해질 막의 전기 분해
    • 3.3 고체 산화물에 의한 전기 분해
  • 4 물 전기 분해의 용도는 무엇입니까??
    • 4.1 수소 생산 및 그 용도
    • 4.2 디버깅 방법으로
    • 4.3 산소 공급
  • 5 가정 실험
    • 5.1 가정 변수
  • 6 참고 문헌

전해 반응

물의 전기 분해는 많은 복잡한 측면을 포함합니다. 그러나 일반적으로 볼 때 그 기본은 단순한 전 지구 적 반응에 놓여있다.

2H2O (l) => 2H2(g) + O2(g)

방정식에서 볼 수 있듯이, 두 개의 물 분자가 개입한다 : 하나는 일반적으로 감소되거나 전자가 얻어야하고, 다른 하나는 전자를 산화 시키거나 잃어 버려야한다.

H2 그것은 전자의 증가가 양성자 H를 촉진하기 때문에 물 감소의 산물이다.+ 공유 결합 될 수 있고, OH로 변형 된 산소-. 따라서, H2 감소가 일어나는 전극 인 캐소드에서 발생한다.

동안 O2 그것이 수소에 결합 할 수있는 전자를 잃어 버리고 결과적으로 양성자 H를 방출하기 때문에 물의 산화에서 비롯된다.+. The O2 산화가 일어나는 양극, 전극에서 발생한다. 다른 전극과 달리 양극 주변의 pH는 산성이며 염기성이 아니다..

반 세포 반응

위의 것은 반 세포 반응에 대한 다음의 화학 반응식으로 요약 할 수 있습니다.

2H2O + 2e- => H2 + 2OH- (음극, 기본)

2H2O => O2 + 4H+ + 4e- (양극, 산)

그러나 물은 더 많은 전자를 잃을 수 없다 (4e-), 다른 쪽의 물 분자가 음극에서 유리 (2e-); 따라서 첫 번째 수식에 2를 곱한 다음 두 번째 수식으로 빼서 그물 수식을 얻습니다.

2 (2H2O + 2e- => H2 + 2OH-)

2H2O => O2 + 4H+ + 4e-

6H2O => 2H2 + O2 + 4H+ + 4OH-

하지만 4H+ 및 4OH- 그들은 4H를 형성한다.2또는 이것들은 6 개의 H 분자 중 4 개를 제거합니다.2또는 2를 남겨 두십시오; 결과는 방금 제기 된 글로벌 반응입니다..

하프 - 셀 반응은 pH 값, 기술에 따라 변하며 잠재적 인 환원 전위 또는 산화 전위를 가지며, 이는 물의 전기 분해가 자발적으로 진행되도록 전류를 공급해야 하는지를 결정합니다.

절차

상단 이미지는 호프만 전압계를 보여줍니다. 실린더는 물로 채워지고 선택된 전해질은 중간 노즐을 통해 채워집니다. 이러한 전해질의 역할은 물의 전도성을 증가시키는 것입니다. 왜냐하면 정상 조건에서는 H 이온이 거의 없기 때문입니다3O+ 및 OH- 자동 이온화 제품.

이미지에서 탄소 전극으로 대체되었지만 두 전극은 일반적으로 백금입니다. 둘 다 배터리에 연결되어 있으며 물과의 산화를 촉진하는 전위차 (ΔV)가인가됩니다.2).

당신이 다른 전극에 도달 할 때까지 전자는 전체 회로를 여행하며, 여기서 물은 H가되고 H가됩니다.2 및 OH-. 이 시점에서 애노드와 캐소드는 이미 정의되어 있으며, 이는 물 기둥의 높이에 따라 구분할 수 있습니다. 더 작은 높이의 하나는 H가 형성되는 음극에 해당한다.2.

실린더 상단에는 생성 된 가스를 방출 할 수있는 몇 가지 키가 있습니다. 신중하게 H의 존재를 확인할 수 있습니다.2 연소로 가스상의 물을 생성하는 화염에 반응하게한다..

기술

물 전기 분해 기술은 H2 와 O2 그것은 생성하도록 제안 된 것입니다. 두 기체는 서로 섞이면 매우 위험합니다. 그 이유는 전해질 전지가 기체 압력의 증가와 수성 매체를 통한 확산을 최소화하기 위해 복잡한 설계를 지니고 있기 때문입니다..

또한 기술은 세포, 물에 첨가 된 전해질 및 전극 자체에 따라 진동합니다. 다른 한편으로, 어떤 것은 반응이 고온에서 수행되고, 전기의 소비를 줄이며, 다른 사람들은 H를 유지하기 위해 엄청난 압력을 사용한다고 암시한다2 저장된.

모든 기술 중에서 다음 세 가지를 언급 ​​할 수 있습니다.

알칼리성 물로 전기 분해

전기 분해는 알칼리 금속 (KOH 또는 NaOH)의 염기성 용액으로 수행된다. 이 기술로 반응이 발생합니다 :

4H2O (1) + 4e- => 2H2(g) + 4OH-(ac)

4OH-(ac) => O2(g) + 2H2O (1) + 4e-

알 수 있듯이 음극과 양극에서 물은 염기성 pH를 갖는다. 또한, OH- 그들이 산화되어 양극으로 이동한다.2.

고분자 전해질 막의 전기 분해

이 기술에서, 고분자는 H에 대한 투과성 멤브레인 역할을한다+, 그러나 가스를위한 방수. 이는 전기 분해 동안 더 큰 안전성을 보장합니다..

이 경우의 반 세포 반응은 다음과 같습니다.

4H+(ac) + 4e- => 2H2(g)

2H2O (l) => O2(g) + 4H+(ac) + 4e-

H 이온+ 그들은 양극에서 음극으로 이동하여 음극으로 이동하여 H2.

고체 산화물을 이용한 전기 분해

다른 기술 들과는 매우 다른, 그것은 전해질로서 산화물을 사용하는데, 고온 (600-900 ℃)에서 음이온 전달 매체로서 기능한다.2-.

반응은 다음과 같습니다.

2H2O (g) + 4e- => 2H2(g) + 2O2-

2O2- => O2(g) + 4e-

이 시간은 산화물 음이온이거나, 또는2-, 양극으로 여행하는 사람들.

물 전기 분해의 사용법은 무엇입니까??

물 전기 분해는 H를 생성한다.2 (g)와 O2 (g) 세계에서 생산 된 수소 가스의 약 5 %는 물의 전기 분해에 의해 생산됩니다.

H2 그것은 NaCl 수용액의 전기 분해의 부산물이다. 소금의 존재는 물의 전기 전도성을 증가시켜 전기 분해를 촉진시킨다..

발생하는 글로벌 반응은 다음과 같습니다.

2NaCl + 2H2O => Cl2     +       H2      +       2NaOH

이 반응의 엄청난 중요성을 이해하기 위해 가스 생성물의 사용법 중 일부가 언급 될 것입니다. 하루가 끝날 때마다 물 전기 분해를보다 효율적이고 친환경적으로 달성 할 수있는 새로운 방법 개발을 추진하기 때문에.

이들 모두 중에서 가장 원하는 것은 화석 연료의 연소를 정력적으로 대체하는 세포 역할을하는 것입니다.

수소 생산 및 사용

-전기 분해에서 생성 된 수소는 중독 반응, 수소화 공정 또는 환원 공정에서 환원제로서 작용하는 화학 산업에서 사용될 수있다.

-또한, 염산, 과산화수소, 히드 록실 아민 등의 생산과 같이 상업적으로 중요하게 작용하는 것은 필수적입니다. 질소와의 촉매 반응에 의한 암모니아의 합성에 관여.

-산소와 함께 열량이 3,000 ~ 3,500 K 인 높은 열량의 화염을 생성합니다. 이러한 온도는 금속 산업의 절단 및 용접, 합성 결정 성장, 석영 생산 등을 위해 사용될 수 있습니다..

-수처리 : 세균이 수소를 에너지의 원천으로 사용하는 생물 반응기에서 제거하면 물 속에 함유 된 질산염의 함량이 너무 낮아질 수 있습니다

-수소는 플라스틱, 폴리 에스테르 및 나일론의 합성에 개입합니다. 또한, 그것은 베이킹 중 연소를 증가시키는 유리 생산의 일부분입니다.

-구리, 납, 비스무트 및 수은과 같은 많은 금속의 산화물 및 염화물과 반응하여 순수한 금속을 생성합니다..

-또한, 화염 탐지기를 이용한 크로마토 그래피 분석에서 연료로 사용됩니다.

디버깅 방법으로

염화나트륨 용액의 전기 분해는 수영장 물의 정화에 사용됩니다. 전기 분해 동안, 수소가 음극에서 생성되고 염소 (Cl2). 이 경우 소금 염소 처리기로 전기 분해에 대한 이야기가 있습니다..

염소는 물에 용해되어 차아 염소산과 차아 염소산 나트륨을 형성합니다. 차아 염소산 및 하이포 아 염소산 나트륨으로 물 살균.

산소 공급원

물의 전기 분해는 또한 국제 우주 정거장에서 산소를 생성하는데 사용되며, 이는 역의 산소 대기를 유지하는 역할을한다..

수소는 연료 전지, 에너지 저장 방법 및 우주 비행사가 소비하기 위해 셀에서 생성 된 물을 사용할 수 있습니다.

가정 실험

물 전기 분해 실험은 호프만 전압계 또는 전기 화학 전지의 모든 필요한 요소를 포함 할 수있는 다른 어셈블리를 사용하여 실험실 규모에서 수행되었습니다.

가능한 모든 조립품과 장비 중에서 가장 단순한 것은 투명한 물 용기가 될 수 있으며 이는 셀 역할을합니다. 이에 덧붙여, 전극으로 기능 할 수있는 금속 또는 전기 전도성 표면이 있어야합니다. 하나는 음극 용이고 다른 하나는 양극 용.

이 목적을 위해서 양쪽 끝에서 날카롭게 된 흑연 점을 가진 연필조차도 유용 할 수 있습니다. 그리고 마지막으로, 작은 배터리와 그 배터리를 즉석 전극과 연결하는 케이블.

투명한 용기에서 행해지 지 않으면, 기포의 형성은 평가 될 수 없다..

가정 변수

물의 전기 분해는 대체 에너지 원을 찾는 사람들에게 흥미롭고 희망적인 측면을 많이 포함하는 주제이지만 가정 실험은 어린이와 다른 관중들에게 지루할 수 있습니다..

따라서, H 전압을 발생시키기에 충분한 전압을인가 할 수있다.2 와 O2 특정 변수 교체 및 변경 사항 표시.

첫 번째 것은 물의 pH 변화로 식초를 사용하여 물을 산성화하거나 Na2콜로라도 주3 약간 기초를 닦기. 관측 된 기포의 양의 변화가 발생해야한다.

또한 동일한 실험을 냉수 및 온수로 반복 할 수 있습니다. 이러한 방식으로 반응에 대한 온도의 영향이 고려 될 것이다.

마지막으로, 데이터 수집을 좀 덜 무색으로 만들기 위해 보라색 양배추 주스의 매우 희석 된 용액에 의지 할 수 있습니다. 이 주스는 천연 기원의 기본 산성 지시약입니다..

도입 된 전극으로 용기에 넣으면 음극에서 물이 분홍색 (산성)으로 변하고 음극에서는 착색이 황색 (염기성)이 될 것이고,.

참고 문헌

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