Як відбувається процес розкладання води електричним струмом

Чистий, дистильована вода майже зовсім не проводить електричного струму.

Вона володіє великим опором. Наприклад, опір кубічного сантиметра двічі перегнанной води дорівнює опору мідного дроту перетином в квадратний міліметр, довжина якої дорівнює приблизно 200 тисячам кілометрів. Такою кількістю дроту можна більше ніж 20 разів з'єднати між собою Москву і Владивосток. Для електролізу дистильована вода не годиться. Потрібна така вода, яка б добре проводила електричний струм, тобто була б електропровідної.

Щоб зробити воду електропровідною, в ній потрібно розчинити якусь сіль, кислоту або підстава, які дають іони.

Більшість хімічних сполук, розчиняючись у воді, розпадаються на частини, які набувають при цьому той чи інший заряд. Утворені заряджені частинки називаються іонами, а розкладання речовини на іони - електролітичної дисоціацією.

Звичайна кухонна сіль (NaCl) при розчиненні у воді розпадається на іон натрію (Na +), заряджений позитивно, і іонхлору (Сl -), заряджений негативно. Іони натрію і хлору, що мають тільки по одному заряду, називаються одновалентними іонами. Іони, які мають два або три заряду, називаються двох - або тривалентними. Як приклад двовалентного іона можна привести іон кальцію (Са). Хлористий кальцій (СаСl2), діссоцііруя на іони, дає два одновалентних негативних іона хлору (2Сl)

і один двовалентний іон кальцію (Са), заряджений позитивно. Трихлористе залізо (FeCl3) при дисоціації на іони дає три одновалентних негативних іона хлору (3Сl -) і один тривалентний позитивний іон заліза (Fe +++).

Отже, при електролітичноїдисоціації солі утворюються негативно заряджені іони, які називаються аніонами, і позитивно заряджені іони - катіони.

Кислоти при дисоціації утворюють позитивно заряджений іон водню і негативно заряджений кислотний залишок. Сірчана кислота (H2 SO4) розпадається на два позитивно заряджених іона водню (2Н +) і кислотний залишок - аніон (SO4 -), що володіє двома негативними зарядами.

Луги при дисоціації утворюють позитивний іон металу і негативний іон гідроксилу. Позитивні і негативні іони, які утворюються при розчиненні у воді солей, кислот і підстав, переносять через розчин електричний струм.

Якщо в розчин, що містить іони, помістити дві металеві пластинки і підключити до них постійний струм від акумулятора, то позитивні іони - катіони - відразу ж почнуть пересуватися до негативного електроду, який називається катодом, а негативні іони - аніони - попрямують до позитивного полюса - анода . Знаходяться у електрода аніони віддадуть йому свої негативні заряди - електрони (е) - і розрядяться. У той же самий час розрядяться і катіони, отримавши електрони від свого електрода. Їх місця тут же займають нові іони, і через розчин починає проходити електричний струм. Чим більше іонів в розчині, тим краще через нього буде проходити електричний струм і тим більше електропровідність такого розчину.

Щоб отримати багато іонів, недостатньо розчинити багато речовини. Необхідно, щоб узята сіль, кислота або підстава добре розпадалися на іони, тобто добре диссоциированного. Є такі хімічні сполуки, які дисоціюють дуже добре, і майже всі молекули розчиненої речовини розпадаються на іони. Але є і такі, які дисоціюють погано: тільки дуже незначна частина всіх розчинених молекул розпадається на іони, а решта залишаються у вигляді недіссоціірованних молекул.

Ставлення числа розпалися молекул до загального числа розчинених молекул називається ступенем дисоціації. Чим менше ступінь дисоціації, тим гірше електропровідність розчину.

До сполукам, які мають поганий електропровідністю, відноситься дистильована вода. Підраховано, що з 10 мільйонів молекул води на іони розпадається

тільки одна молекула, утворюючи один позитивно заряджений іон водню (Н +) і один негативно заряджений іон гідроксилу (ОН). Зрозуміло, що при такій малій дисоціації електропровідність дистильованої води повинна бути абсолютно нікчемною і вона не може бути використана для електролізу. Ось чому для отримання з води кисню необхідно мати підкислену або подщелоченного воду.

Нам вже відомо, що кислота в воді дисоціюють на іони водню і кислотний залишок, а луг - на іони металу і іони гідроксилу. Природно було б очікувати, що в розчині, подкисленном сірчаною кислотою, на катоді будуть розряджатися іони водню, а на аноді - іони SO4. Іони водню, розрядившись, перейдуть в атоми, які, з'єднуючись попарно, дадуть молекулу водню, а іони SO4. віддавши свій заряд електрода, перейдуть в розчин у вигляді незарядженого кислотного залишку-радикала SO4. З'єднуючись з водою, цей радикал утворює сірчану кислоту і кисень.

Можна було б очікувати, що в лужних розчинах іони натрію розрядяться на катоді, переходячи в атоми натрію, які, з'єднуючись з водою, дадуть луг і водень. На аноді іони гідроксилу, втративши свої електрони, з'єднаються попарно, утворюючи з радикалів воду, звільняючи кисень.

Однак насправді в кислих і лужних розчинах процес утворення кисню і водню відбувається інакше.

Незважаючи на те, що в лужних розчинах є дуже багато іонів натрію і мало іонів водню, на катоді в першу чергу розряджаються іони водню.

У розчинах, що підкисляють сірчаною кислотою, на аноді насамперед розряджаються іони гідроксилу, отримані за рахунок дисоціації води, а не іони SO4, яких набагато більше. Це пояснюється тим, що розряд іонів водню або гідроксилу відбувається легше, ніж іонів натрію або SO4. Тому в лужних розчинах, які зазвичай застосовуються для електролізу води, на катоді розряджаються головним чином іони водню, а на аноді - іони гідроксилу. Як тільки ці іони розрядяться, негайно утворюються нові іони за рахунок дисоціації молекул води.

Таким чином, при електролітичному отриманні кисню і водню витрачається тільки вода. Літр води дає приблизно 1360 літрів водню і 680 літрів кисню.

Під керівництвом вчителя і дотримуючись запобіжних заходів, можна зробити досвід, який показує, як розкладається вода.

Візьміть банку з широким горлом і наповніть її на дві третини 20-процентним водним розчином лугу. Щільно закрийте банку пробкою, в яку вставлено дві нікелеві зволікання з невеликими пластинками на кінцях - електродами. В середину пробки вставте коротким кінцем загнуту скляну трубку, через яку будуть виходити гази. Другий, довгий кінець трубки опустіть в чашку з водою, щоб в неї під час досвіду не потрапляло повітря. Підключіть до верхніх кінців електродів постійний струм від двухвольтового акумулятора. На електродах під розчином відразу ж з'являться бульбашки газу. Це кисень і водень, які, змішуючись, утворюють гримучий газ.

Згадаймо властивість цієї суміші газів. Якщо її підпалити, вона легко вибухає.

Тому підходити з вогнем до банку небезпечно.

Щоб переконатися, що в банку утворилися кисень і водень, пропустіть спочатку трохи газу через чашечку з чистою водою, а потім поставте замість неї чашечку з мильною водою.

Утворюються мильні бульбашки, наповнені гримучим газом. Пролунає легкий вибух.

У міхурі була гримуча суміш - суміш одного обсягу кисню з двома обсягами водню.

Ми поки тільки розклали воду, але не розділили утворилися гази і не отримали кисню.

Поділіться посиланням з друзями

Схожі статті