Elettrolisi dell'acqua
1800-05-02
- William Nicholson
- Anthony Carlisle
L'elettrolisi dell'acqua è la decomposizione dell'acqua (H₂O) nei suoi elementi costitutivi, ossigeno (O₂) e idrogeno (H₂), mediante il passaggio di corrente elettrica. Al catodo, due molecole d'acqua vengono ridotte a formare idrogeno gassoso e ioni idrossido. All'anodo, due molecole d'acqua vengono ossidate a formare ossigeno gassoso, protoni ed elettroni.
La decomposizione dell'acqua pura in idrogeno e ossigeno è un processo termodinamicamente sfavorevole, che richiede energia esterna sotto forma di elettricità. L'acqua pura è un cattivo conduttore di elettricità, quindi in genere si aggiunge un elettrolita, come una piccola quantità di un sale solubile o un acido come l'acido solforico, per aumentarne la conduttività. L'equazione bilanciata complessiva per la reazione è [latex]2H_2O(l) rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)[/latex].
Il processo avviene in una cella elettrolitica. Al catodo, caricato negativamente, ha luogo una reazione di riduzione: [latex]2H_2O(l) + 2e^- rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)[/latex]. All'anodo, caricato positivamente, ha luogo una reazione di ossidazione: [latex]2H_2O(l) rightarrow O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-[/latex]. La produzione di idrogeno gassoso al catodo è esattamente il doppio del volume di ossigeno gassoso prodotto all'anodo, una diretta conseguenza della stechiometria dell'acqua. Questo rapporto di volume 2:1 è una dimostrazione classica nelle aule di chimica, spesso eseguita utilizzando un voltametro di Hofmann.
La tensione minima richiesta per l'elettrolisi, nota come potenziale di decomposizione, è di 1,23 V in condizioni standard. Tuttavia, in pratica, è necessaria una tensione più elevata, chiamata sovratensione, per superare diverse barriere di attivazione. L'efficienza dell'elettrolisi dell'acqua è un fattore chiave per la sostenibilità di un'economia basata sull'idrogeno, con una ricerca significativa focalizzata sullo sviluppo di catalizzatori più efficaci ed economici per l'anodo e il catodo per ridurre la sovratensione e il consumo energetico.
UNESCO Nomenclature: 2406
- Elettrochimica
Precursori
- scoperta dell'idrogeno da parte di Henry Cavendish
- scoperta dell'ossigeno da parte di carl wilhelm scheele e joseph priestley
- invenzione della pila di Volta di Alessandro Volta
Applicazioni
- produzione di idrogeno per celle a combustibile e veicoli
- produzione di ossigeno ad alta purezza per uso medico e industriale
- sistemi di supporto vitale nei sottomarini e nei veicoli spaziali
- cannelli per saldatura e taglio (ossidrico)
- produzione di deuterio (acqua pesante)
Idee e potenziali innovazioni
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Argomenti correlati: elettrolisi dell'acqua, produzione di idrogeno, produzione di ossigeno, decomposizione, catodo, anodo, voltametro di Hofmann, idrogeno verde.