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Elettrolisi dell'acqua

1800-05-02
  • William Nicholson
  • Anthony Carlisle
Apparecchio per l'elettrolisi che dimostra la decomposizione dell'acqua in gas di idrogeno e ossigeno.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

IL elettrolisi 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 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 necessaria affinché avvenga l'elettrolisi, nota come potenziale di decomposizione, è di 1,23 V in condizioni standard. Tuttavia, in pratica, si utilizza una tensione più elevata, chiamata sovrapotenziale, 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 catalizzatori for the anode and cathode to reduce the overpotential and energy consumption.

UNESCO Nomenclature: 2406
- Elettrochimica

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • scoperta dell'idrogeno da parte di Henry Cavendish
  • scoperta dell'ossigeno da parte di carl wilhelm scheele e joseph priestley
  • invenzione dell' pila voltaica by 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)

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • sistemi fotovoltaici-elettrolizzatori integrati per la conversione diretta dell'energia solare in idrogeno
  • home-scale units for producing generatore di idrogeno for personal vehicles from tap water and renewable energy
  • sistemi elettrolitici per la purificazione simultanea dell'acqua e la generazione di idrogeno in aree remote
  • elettrolizzatori ad alta pressione che producono direttamente idrogeno compresso, riducendo i costi di stoccaggio
  • celle a combustibile reversibili che fungono sia da elettrolizzatore che da generatore di energia
  • utilizzo del calore di scarto dei processi industriali per migliorare l'efficienza dell'elettrolisi (elettrolisi ad alta temperatura)
  • elettrolisi dell'acqua di mare senza pretrattamento di desalinizzazione
  • catalizzatore development using earth-abundant materials to replace platinum and iridium
Related to: water elettrolisi, hydrogen production, oxygen production, decomposition, cathode, anode, hofmann voltameter, green hydrogen.

Contesto storico

Elettrolisi dell'acqua

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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