Pytanie:
Jeśli elektroliza powoduje rozszczepienie wody, dlaczego tylko wodór lub tlen (ale nie oba) bulgoczą na jednym biegunie?
Willem Mulder
2013-04-23 00:02:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeśli elektroliza rozdziela wodę, oznacza to, że $ \ ce {H2O} $ zostaje podzielone na $ \ ce {H} $ i $ \ ce {OH} $ lub $ \ ce {O} $.

Jak to się dzieje, że jeśli cząsteczka wody zostanie podzielona np. biegun ujemny (anoda), tylko $ \ ce {O} $ bąbelkuje. Co się stanie z $ \ ce {H} $ i / lub $ \ ce {OH} $? Czy reagują na biegun i pozostają tam?

Jeden odpowiedź:
KeithS
2013-04-23 02:05:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Woda, jak być może wiesz, ma dwoistą naturę między wiązaniem kowalencyjnym i jonowym; tlen jest drugim najbardziej elektroujemnym pierwiastkiem w układzie okresowym, podczas gdy uproszczona konstrukcja wodoru sprawia, że ​​bardzo zen przypomina o tym, jak tworzy wiązania (definiuje punkt środkowy większości skal elektroujemności). Podczas gdy wiązania między wodorami i tlenem w cząsteczce wody nazywane są kowalencyjnymi, elektrofilowa natura tlenu sprawia, że ​​wiązania graniczą z jonami, więc wodę można równie łatwo wyobrazić sobie jako $ \ ce {2H ^ + + O ^ 2 -} $ lub bardziej stabilnie jako $ \ ce {H ^ + + OH ^ -} $.

W elektrolizie ten jonowy charakter wody jest wykorzystywany w serii „półreakcji "; w każdym węźle gaz powstaje przez dodanie lub usunięcie elektronów z wody w celu uwolnienia jednego z jej dwóch składników, a kiedy gaz wytrąca się, to, co pozostało, zostaje rozpuszczone w wodzie w postaci naładowanych jonów, które są odpychane przez węzeł, który go utworzył i przyciągane do drugiego węzła.

Kiedy elektrony są dodawane do wody na katodzie, są przyciągane przez częściowy dodatni ładunek „strony wodorowej” wody, a następnie mogą tworzyć orbitę wokół wodoru . To uwalnia wodór; nie potrzebuje już elektronu, który dzieli z tlenem, aby zrównoważyć swój ładunek, ale nadal potrzebuje drugiego elektronu, aby ustabilizować swoją 1s powłokę, a najlepszym rozwiązaniem jest sparowanie z innym wodorem w celu utworzenia gazowego wodoru , który wytrąca się. To pozostawia rozpuszczalne jony wodorotlenkowe w wodzie, które są odpychane przez katodę (i siebie nawzajem, aby jony te nie tworzyły żadnych związków) i przemieszczają się w kierunku anody. Jest bardzo mało prawdopodobne, aby oba atomy wodoru zostały uwolnione z jednego tlenu, a nawet gdyby tak się stało, tlen z dodatkowymi elektronami nie mógłby połączyć się z innym tlenem o ładunku ujemnym, tworząc gaz; byłoby znacznie bardziej prawdopodobne, że deprotonuje inną cząsteczkę wody tworząc dwa wodorotlenki.

$$ \ ce {4H2O + 4e ^ - -> 2H2 (g) (^) + 4OH ^ - (aq)} $ $

Na anodzie dodatni potencjał powoduje, że woda oddaje elektrony, ponownie uwalniając wodory, tym razem jako nagie protony, które są przyciągane do częściowego bieguna ujemnego wody, tworząc hydronium ($ \ ce {H_3O ^ +} $ lub po prostu $ \ ce {H ^ + (aq)} $). Tlen pozbawiony ładunku, ale poszukujący wiązań, łączy się w pary jako gaz tlenowy, który wytrąca się. Nadtlenek wodoru jest możliwym półproduktem, ale bardzo krótkotrwałym, ponieważ ten nadtlenek albo znajdzie inny nadtlenek i połączy dodatkowe tlenki, albo odda swoje wodory jako protony pod dodatnim potencjałem napięcia w taki sam sposób jak woda i stanie się gaz tlenowy.

$$ \ ce {2H_2O - 4e ^ - \ to O_2 (g) \ uparrow + 4H ^ + (aq)} $$

... Następnie, gdzieś pośrodku spotykają się hydronium i wodorotlenek, a gdy to zrobią te donory i akceptory protonów, reformują wodę:

$$ \ ce {4H ^ + (aq) + 4OH ^ - (aq ) \ do 4H_2O} $$

Zauważysz, że w każdym węźle wytrąca się tylko jeden gaz; inne atomy są uwięzione jako rozpuszczalne jony, protony / hydroniowe lub wodorotlenkowe, które nie mogą tworzyć innych związków, ponieważ ich podobne ładunki odpychają je od siebie. Zamiast tego pozostają rozpuszczone jako lokalne kwaśne i zasadowe roztwory. Jeśli potencjalny ładunek w węzłach jest wystarczająco wysoki, zanurzenie paska lakmusu na każdym końcu kąpieli wodnej (lub upuszczenie kilku ml barwnika wskaźnikowego pH) da odczyt kwasowy na anodzie i odczyt podstawowy na katodzie.



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...