Electrólisis del agua

La electrólisis del agua es la descomposición de agua (H 2 O) en oxígeno (O 2) y de hidrógeno gas (H 2) debido a una corriente eléctrica que pasa a través del agua.

Principio

Una fuente de alimentación eléctrica está conectada a dos electrodos, o dos placas (por lo general hechas de un metal inerte como el platino o acero inoxidable) que se colocan en el agua. En una celda diseñada correctamente, el hidrógeno aparece en el cátodo (el electrodo con carga negativa, donde los electrones entran en el agua), y el oxígeno aparecerá en el ánodo (el electrodo con carga positiva).

Suponiendo el ideal de faradai de eficiencia, la cantidad de hidrógeno generado es el doble del número de moles de oxígeno, y ambos son proporcionales al total de carga eléctrica llevada a cabo por la solución. Sin embargo, en muchas células compiten reacciones secundarias dominantes, dando lugar a diferentes productos y menos de la eficiencia faradaic ideal.

La electrólisis del agua pura requiere el exceso de energía en forma de sobretensión para superar la activación de diversas barreras. Sin el exceso de energía de la electrólisis del agua pura se produce muy lentamente o nada. Esto se debe en parte a la limitada auto-ionización del agua . El agua pura tiene una conductividad eléctrica cerca de una millonésima de agua de mar. Muchas celdas electrolíticas también pueden carecer de la necesaria electrocatalizadores . La eficacia de la electrólisis se incrementa a través de la adición de un electrolito (tales como sal , un ácido o una base ) y el uso de electrocatalizadores .

Actualmente, el proceso electrolítico es raramente usado en aplicaciones industriales ya que el hidrógeno puede ser producido más asequiblemente gracias a los combustibles fósiles.

Historia

Jan Rudolph Deiman y Paets Adriaan van Troostwijk utilizó en 1789 una máquina electrostática para producir electricidad, que fue dada de alta en los electrodos de oro en una botella de Leyden con agua.En 1800, Alessandro Volta inventó la pila voltaica , unas semanas más tarde William Nicholson y Anthony Carlisle la utilizaron para la electrólisis del agua. Cuando Zénobe Gramme inventó la máquina de Gramme en 1869 la electrólisis del agua se convirtió en un método barato para la producción de hidrógeno. Un método de síntesis industrial de hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis fue desarrollado por Dmitry Lachinov en 1888.

Ecuaciones

En el agua el cátodo es cargado negativamente, una reducción de la reacción se lleva a cabo, con los electrones (e -) desde el cátodo está dando a los cationes de hidrógeno para formar gas hidrógeno (la semi-reacción balanceada con ácido):

Reducción en el cátodo: 2 H + (aq) + 2e – → H 2 (g)

En el ánodo cargado positivamente, una oxidación produce la reacción, la generación de gases de oxígeno y dando electrones hacia el ánodo para completar el circuito:

Ánodo (oxidación): 2 H 2 O (l) → O 2 (g) + 4 H + (aq) + 4e –

Las reacciones también pueden ser equilibradas con las bases que se enumeran a continuación. No todas las reacciones medias deben ser equilibradas con el ácido o base. Muchos lo hacen como la oxidación o reducción de agua figuran en esta lista.

Cátodo (reducción): 2 H 2 O (l) + 2e – → H 2 (g) + 2 OH – (aq)

Ánodo (oxidación): 2 H 2 O (l) → O 2 (g) + 4 H + (aq) + 4 e –