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Eletrólise da água

1800-05-02
  • William Nicholson
  • Anthony Carlisle
Electrolysis apparatus demonstrating water decomposition into hydrogen and oxygen gases.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O electrolysis 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.

A decomposição da água pura em hidrogênio e oxigênio é um processo termodinamicamente desfavorável, que requer energia externa na forma de eletricidade. A água pura é um mau condutor de eletricidade, portanto, um eletrólito, como uma pequena quantidade de um sal solúvel ou um ácido como o ácido sulfúrico, é normalmente adicionado para aumentar a condutividade. A equação balanceada geral para a reação é [latex]2H_2O(l) rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)[/latex].

O processo ocorre em uma célula eletrolítica. No cátodo, carregado negativamente, ocorre uma reação de redução: [latex]2H_2O(l) + 2e^- rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)[/latex]. No ânodo, carregado positivamente, ocorre uma reação de oxidação: [latex]2H_2O(l) rightarrow O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-[/latex]. A produção de gás hidrogênio no cátodo é exatamente o dobro do volume de gás oxigênio produzido no ânodo, uma consequência direta da estequiometria da água. Essa proporção de volume de 2:1 é uma demonstração clássica em aulas de química, frequentemente realizada com um voltâmetro de Hofmann.

A tensão mínima necessária para que a eletrólise ocorra, conhecida como potencial de decomposição, é de 1,23 V em condições padrão. No entanto, na prática, utiliza-se uma tensão mais alta, chamada de potencial de decomposição. 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 catalisadores for the anode and cathode to reduce the overpotential and energy consumption.

UNESCO Nomenclature: 2406
Eletroquímica

Tipo

Processo Químico

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Descoberta do hidrogênio por Henry Cavendish
  • Descoberta do oxigênio por Carl Wilhelm Scheele e Joseph Priestley
  • invenção do pilha voltaica por Alessandro Volta

Aplicações

  • Produção de hidrogênio para células de combustível e veículos
  • Produção de oxigênio de alta pureza para uso médico e industrial.
  • sistemas de suporte à vida em submarinos e espaçonaves
  • Maçaricos de soldagem e corte (oxi-hidrogênio)
  • produção de deutério (água pesada)

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • integrated photovoltaic-electrolyzer systems for direct solar-to-hydrogen conversion
  • home-scale units for producing combustível de hidrogênio for personal vehicles from tap water and renewable energy
  • electrolytic systems for simultaneous water purification and hydrogen generation in remote areas
  • high-pressure electrolyzers that produce compressed hydrogen directly, reducing storage costs
  • reversible fuel cells that act as both an electrolyzer and a power generator
  • using waste heat from industrial processes to improve electrolysis efficiency (high-temperature electrolysis)
  • seawater electrolysis without desalination pre-treatment
  • catalisador development using earth-abundant materials to replace platinum and iridium
Related to: water electrolysis, hydrogen production, oxygen production, decomposition, cathode, anode, hofmann voltameter, green hydrogen.

Contexto histórico

Eletrólise da água

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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