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Electrólisis del agua

1800-05-02
  • William Nicholson
  • Anthony Carlisle
Aparato de electrólisis que demuestra la descomposición del agua en gases de hidrógeno y oxígeno.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El electrólisis of water is the decomposition of water (H₂O) into its constituent elements, oxygen (O₂) and hydrogen (H₂), by passing an electric current through it. At the cathode, two water molecules are reduced to form hydrogen gas and hydroxide ions. At the anode, two water molecules are oxidized to form oxygen gas, protons, and electrons.

La descomposición del agua pura en hidrógeno y oxígeno es un proceso termodinámicamente desfavorable, que requiere energía externa en forma de electricidad. El agua pura es mala conductora de la electricidad, por lo que se suele añadir un electrolito, como una pequeña cantidad de sal soluble o un ácido como el sulfúrico, para aumentar la conductividad. La ecuación general equilibrada para la reacción es [latex]2H_2O(l) \rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)[/latex].

El proceso tiene lugar en una célula electrolítica. En el cátodo, cargado negativamente, se produce una reacción de reducción: [latex]2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)[/latex]. En el ánodo cargado positivamente se produce una reacción de oxidación: [latex]2H_2O(l) \rightarrow O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-[/latex]. La producción de hidrógeno gaseoso en el cátodo es exactamente el doble del volumen de oxígeno gaseoso producido en el ánodo, una consecuencia directa de la estequiometría del agua. Esta relación de volumen 2:1 es una demostración clásica en las aulas de química, que a menudo se realiza utilizando un voltámetro de Hofmann.

La tensión mínima necesaria para que se produzca la electrólisis, denominada potencial de descomposición, es de 1,23 V en condiciones estándar. Sin embargo, en la práctica, se requiere una tensión superior, denominada sobrepotencial, is needed to overcome various activation barriers. The efficiency of water electrolysis is a key factor in the viability of a hydrogen-based economy, with significant research focused on developing more effective and cheaper catalizadores for the anode and cathode to reduce the overpotential and energy consumption.

UNESCO Nomenclature: 2406
- Electroquímica

Tipo

Proceso químico

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Descubrimiento del hidrógeno por Henry Cavendish
  • Descubrimiento del oxígeno por Carl Wilhelm Scheele y Joseph Priestley
  • invención de la pila voltaica por alessandro volta

Aplicaciones

  • Producción de hidrógeno para pilas de combustible y vehículos
  • Producción de oxígeno de alta pureza para uso médico e industrial
  • sistemas de soporte vital en submarinos y naves espaciales
  • sopletes de soldadura y corte (oxihidrógeno)
  • producción de deuterio (agua pesada)

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Sistemas integrados de electrolizadores fotovoltaicos para la conversión directa de energía solar a hidrógeno
  • home-scale units for producing combustible de hidrógeno for personal vehicles from tap water and renewable energy
  • Sistemas electrolíticos para la purificación simultánea de agua y generación de hidrógeno en zonas remotas
  • electrolizadores de alta presión que producen hidrógeno comprimido directamente, reduciendo los costos de almacenamiento
  • Pilas de combustible reversibles que actúan como electrolizador y generador de energía.
  • Utilizar el calor residual de los procesos industriales para mejorar la eficiencia de la electrólisis (electrólisis de alta temperatura)
  • electrólisis de agua de mar sin pretratamiento de desalinización
  • catalizador development using earth-abundant materials to replace platinum and iridium
Related to: water electrólisis, hydrogen production, oxygen production, decomposition, cathode, anode, hofmann voltameter, green hydrogen.

Contexto histórico

Electrólisis del agua

1800
1800-05-02
1880
1900
1910
1921
1930
1930
1800
1834-01-01
1880
1902
1920
1928
1930

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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