Wielu z nas musiało pokochać eksperymenty przeprowadzane na lekcjach chemii w szkole. Zawsze interesujące jest obserwowanie, jak różne substancje wchodzą ze sobą w interakcje i jaki jest tego rezultat. A coś takiego jak elektroliza wody, niektórzy eksperymentatorzy z powodzeniem powtarzają w domu. Jak wiadomo, proces ten prowadzi do uwolnienia tlenu i wodoru. Ale jak dokładnie to wszystko się dzieje? Dlaczego w ogóle potrzebna jest elektroliza wody i jakie są jej perspektywy? Przyjrzyjmy się temu bliżej.
Jak działa elektroliza wody
Jeśli weźmiesz zwykły zasilacz, podłącz pręty grafitowe do biegunów i zanurz je w wodzie z kranu, wtedy popłynie przez niego prąd stały, w cieczy zaczną zachodzić różne reakcje elektrochemiczne. Ich aktywność bezpośrednio zależy od napięcia i obecności w wodzie wszelkiego rodzaju soli. Jeśli weźmiemy pod uwagę elektrolizę wody w domu przy użyciu zwykłej soli kuchennej, to w najbardziej uproszczonej formie można w niej wyróżnić kilka niezależnych procesów.
Proces elektrochemiczny
Polega na tym, że na anodzie uwalniany jest tlen - iw tym miejscu ciecz jest zakwaszana, a na katodzie - wodór - a ciecz jest tu alkalizowana. Ale to nie wszystko. Jeżeli zastosuje się specjalne elektrody, to elektroliza wody pozwoli na otrzymanie ozonu na biegunie ujemnym, a nadtlenku wodoru na biegunie dodatnim. Świeża (niedestylowana) woda zawsze zawiera sole mineralne - chlorki, siarczany, węglany. Gdy zachodzi elektroliza wody, biorą również udział w reakcjach. Na przykład, gdy prąd stały zaczyna przepływać przez wodę z rozpuszczoną solą kuchenną, na anodzie zaczyna tworzyć się chlor – tu woda jest zakwaszana, a na katodzie wodorotlenek sodu – i woda staje się zasadowa. Taka reakcja jest przejściowa, a pierwiastki chemiczne, które pojawiły się ponownie, zaczynają ze sobą oddziaływać. W efekcie wkrótce zaczyna pojawiać się podchloryn sodu – 2NaOCl. W przybliżeniu to samo dzieje się z chlorkami potasu i wapnia. Jak widać, w wyniku rozkładu wody słodkiej powstaje mieszanina silnych środków utleniających: ozon, tlen, podchloryn sodu i nadtlenek wodoru.
Proces elektromagnetyczny
Polega na tym, że cząsteczki wody są zorientowane równolegle do przepływu prądu, tak że ich część wodorowa (ze znakiem „+”) jest przyciągana do katody, a część tlenu (ze znakiem „-”) jest przyciągany do anody. Siła oddziaływania na nie jest tak silna, że prowadzi do osłabienia, a czasem do zerwania wiązań wodorowych. W efekcie powstaje tlen atomowy, który wpływa na zmniejszenie twardości wody. Utlenia jony wapnia do tlenku (Ca+ + O → CaO), który z kolei łączy się z wodą i tworzy odpowiedni hydrat: CaO + H2O → Ca(OH)2
Proces kawitacji
Zapadnięcie się mikroskopijnych pęcherzyków wodoru i tlenu, które powstają w wyniku elektrolizy, uwalnia ogromną energię, która niszczy cząsteczki wody tworzące ich ściany. W rezultacie pojawiają się jony i cząsteczki atomowe tlenu i wodoru, hydroksyle i inne substancje.
Aplikacja
Elektroliza wody ma wielką wartość praktyczną dla nowoczesnego przemysłu. Często służy do oczyszczania wody z różnych zanieczyszczeń. Jest to również łatwy sposób na produkcję wodoru. To ostatnie jest interesujące jako możliwa alternatywa dla konwencjonalnego paliwa. Obecnie naukowcy badają elektrolizę plazmową wody, która jest znacznie wydajniejsza niż zwykle. A poza tym istnieje teoria, zgodnie z którą do rozkładu „eliksiru życia” można użyć specjalnych bakterii, które mogą wytwarzać niewielki prąd. Jak widać, elektroliza wody wcale nie jest tak prosta, jak się początkowo wydaje, i z pewnością można się spodziewać, że dalsze jej badanie może doprowadzić do przejścia na paliwo wodorowe.