水の電気分解とは、水(H₂O)に電流を流すことによって、水が構成元素である酸素(O₂)と水素(H₂)に分解される過程である。陰極では、2分子の水が還元されて水素ガスと水酸化物イオンが生成される。陽極では、2分子の水が酸化されて酸素ガス、陽子、電子が生成される。

(画像はイメージです)
水の電気分解とは、水(H₂O)に電流を流すことによって、水が構成元素である酸素(O₂)と水素(H₂)に分解される過程である。陰極では、2分子の水が還元されて水素ガスと水酸化物イオンが生成される。陽極では、2分子の水が酸化されて酸素ガス、陽子、電子が生成される。
純水が水素と酸素に分解する反応は、熱力学的に不利なプロセスであり、電気エネルギーという形で外部エネルギーを必要とします。純水は電気伝導性が低いため、通常は少量の可溶性塩や硫酸などの酸といった電解質を添加して導電率を高めます。この反応の全体的な平衡式は、[latex]2H_2O(l) rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)[/latex]です。
このプロセスは電解セル内で起こります。負に帯電した陰極では、還元反応が起こります。[latex]2H_2O(l) + 2e^- rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)[/latex]。正に帯電した陽極では、酸化反応が起こります。[latex]2H_2O(l) rightarrow O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-[/latex]。陰極で生成される水素ガスの体積は、陽極で生成される酸素ガスの体積のちょうど2倍であり、これは水の化学量論の直接的な結果です。この2:1の体積比は、化学の授業でよく行われる古典的な実験であり、ホフマンボルタメーターを使用して行われることが多いです。
The minimum voltage required for electrolysis to occur, known as the decomposition potential, is 1.23 V at standard conditions. However, in practice, a higher voltage, called overpotential, 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 catalysts for the anode and cathode to reduce the overpotential and energy consumption.
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水の電気分解
(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)
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