Wodór to jeden z najczęściej występujących pierwiastków w otaczającym nas świecie. Jego produkcja na skalę przemysłową może przebiegać na wiele sposobów, a jedną z technik jest elektroliza wody. Tutaj jednak pojawia się pytanie: ile wodoru można otrzymać z elektrolizy 1 litra wody? Postaramy się to wyjaśnić w dzisiejszym poradniku.
Czym jest elektroliza wody?
Elektroliza wody to proces, w którym prąd elektryczny jest używany do rozdzielania cząsteczek wody na tlen (O₂) i wodór (H₂). Woda jest elektrolizowana, a wynikające z tego gazy można wykorzystać jako paliwo wodorowe.
Proces ten zachodzi w elektrolicie, który składa się z dwóch elektrod (najczęściej wykonanych z platyny lub irydu), zanurzonych w słonej wodzie. W wyniku elektrolizy wodór pojawia się na katodzie (gdzie elektrony wchodzą do wody), a tlen na anodzie.
Uwaga! Ważne jest, aby wodór i tlen były trzymane osobno, ponieważ mieszanka tych gazów jest niezwykle wybuchowa!
Elektroliza wody wymaga minimalnego napięcia elektrycznego wynoszącego 1,23 V, choć przy tym napięciu konieczne jest również dostarczenie zewnętrznego ciepła. Zazwyczaj potrzebne jest napięcie około 1,5 V. Warto zauważyć, że elektroliza jest stosunkowo rzadko używana w przemyśle, ponieważ wodór można produkować taniej z paliw kopalnych.
Wzór reakcji chemicznej (elektrolizy): 2 H2O → 2H2 + O2
Ile wodoru uzyskuje się z 1 litra wody?
Z 1 litra wody można uzyskać około 110 gramów czystego wodoru poprzez elektrolizę. Masa molowa wody wynosi 18 g, z czego 2 g to wodór (H₂), a 16 g to tlen (O). Ostatecznie jeden litr wody dostarcza około 1,3 metra sześciennego gazu wodorowego przy normalnej temperaturze i ciśnieniu.
Obliczenia:
- Gęstość wody w temperaturze 25°C to 997 g/l
- Masa molowa wody: 2*1,008 + 15,999 = 18,015 g/mol
- Masa molowa 997 g wody: 997 g / 18,015 g/mol = 55,34 mol
- Masa molowa wodoru: 1,008*2 = 2,016 g
- Masa wodoru pozyskana z 1 litra wody: 55,34 mol *2,016 g/mol = 111,57g (0,11157 kg)
Jak uzyskać wodór z wody w warunkach domowych?
Przygotowanie aparatury
Na start potrzebujesz naczynia, w którym umieścisz wodę (np. szklanki lub małego pojemnika). Następnie wybierz dwie elektrody: jedną jako katodę (na której pojawi się wodór) i drugą jako anodę (na której pojawi się tlen). Elektrody mogą być wykonane z metalu, np. platyny lub stali nierdzewnej.Ostatni krok to podłączenie elektrody do źródła prądu stałego, takiego jak bateria lub zasilacz.
Przygotowanie roztworu elektrolitu
Woda sama w sobie nie jest dobrym przewodnikiem prądu. Dlatego dodaj do niej niewielką ilość soli lub sody oczyszczonej (NaCl lub Na₂CO₃). To pozwoli na przepływ prądu między elektrodami.
Rozpoczęcie elektrolizy
Wlej wodę do naczynia i włóż elektrody do wody, tak aby były zanurzone, ale nie dotykały się nawzajem. Później podłącz źródło prądu do elektrod. Wtedy na katodzie (ujemnej elektrodzie) powinieneś zaobserwować bąbelki wodoru (H₂), a na anodzie (dodatniej elektrodzie) tlenu (O₂).
Uwaga! Pamiętaj, że wodór i tlen to pierwiastki łatwopalne! Nie zbliżaj otwartego ognia do elektrod ani do powstających gazów!