Wszyscy wiemy, że czysta woda nie przewodzi prądu. Ale podczas elektrolizy, jeśli dodasz niewielką ilość kwasu $ \ ce {HCl} $ do środka, woda może zostać rozłożona na wodór i tlen, ponieważ jest redukowany na katodzie i utleniany na anodzie. Dlaczego więc czysta woda nie może po prostu przewodzić prądu przez elektrolizę?
Rzeczywiście, woda może przewodzić prąd przez elektrolizę. Ale przeszkadza to fakt, że woda ma bardzo wysoką odporność. Od Elektroliza wody:
Elektroliza czystej wody wymaga nadmiaru energii w postaci nadpotencjału, aby pokonać różne bariery aktywacji. Bez nadmiaru energii elektroliza czystej wody przebiega bardzo wolno lub wcale. Wynika to częściowo z ograniczonej samojonizacji wody. Czysta woda ma przewodnictwo elektryczne około jednej milionowej przewodnictwa wody morskiej.
A na podstawie autodysocjacji wody możemy zobaczyć, jaka jest mała:
Cząsteczki wody dysocjują na równe ilości $ \ ce {H3O +} $ i $ \ ce {OH -} $, więc ich stężenia są równe 1,00 × 10 −7 mol ∙ dm -3 w 25 ° C
Czysta woda ma bardzo wysoką rezystywność, rzędu 18 MOhm / cm. To skutecznie oznacza, że każdy zastosowany potencjał zostanie przekształcony w energię cieplną.
Na marginesie, utlenianie roztworu $ \ ce {HCl} $ (lub jakiejkolwiek soli z jonami chlorkowymi) da $ \ ce {Cl_2} $ gas, więc elektrolizę tych roztworów należy przeprowadzać w dobrze wentylowanym miejscu.
Roztwór przewodzi prąd, gdy jony dodatnie i ujemne są w nim losowo rozpuszczone. Czysta woda nie ma wystarczającej ilości jonów, ale dodając $ \ ce {HCl} $ dodajesz mocny elektrolit, więc po dodaniu roztwór może bardzo dobrze przewodzić prąd. Jednak możesz przeprowadzić elektrolizę nawet bez $ \ ce {HCl} $, ale jest to bardzo powolny proces, ponieważ nawet jeśli są jony dodatnie i ujemne (a to może skłonić cię do myślenia, że czysta woda przewodzi prąd!) jony znajdują się w pobliżu elektrody ujemnej (katody), aby je zredukować, natomiast jony ujemne znajdują się w pobliżu elektrody dodatniej (anody), która ma być utleniona. Więc w rzeczywistości nie możesz sobie wyobrazić roztworu jonów dodatnich i ujemnych, jak w roztworze prawdziwego silnego elektrolitu, ale dwóch wiązek jonów, dodatnich w anodzie i ujemnych w pobliżu katody, więc prąd nie może dobrze płynąć. Dlatego czysta woda nie może przewodzić prądu elektrycznego nawet podczas elektrolizy, gdy w roztworze jest wiele jonów.
W czystej wodzie nie ma szans na przewodzenie prądu, ponieważ nie zawiera ona wolnych jonów, zawiera tylko cząsteczki $ \ ce {H2O} $. Aby zapewnić przewodność elektryczną, powinny być obecne jony. W przypadku, gdy mówisz o kilku kroplach $ \ ce {H2SO4} $ dodaje się do przewodzenia prądu.
===============
Jako przykład bierzemy katodę i jony H3O +. Początkowo cząsteczki wody powierzchniowej w pobliżu katody mogą ulec dysocjacji na jony H3O + i OH-. Jony H3O + pozyskują elektrony z katody, co prowadzi do wydzielania wodoru; podczas gdy nowo wytworzone jony OH- mogą transportować się bardzo powoli przez roztwór w masie w wyniku powolnej dyfuzji lub procesu chmielenia. Prowadzi to do lokalnej akumulacji jonów OH- (tak że roztwór w pobliżu katody staje się zasadowy), zwłaszcza na powierzchni katody, zmniejszając szybkość reakcji wydzielania wodoru, a tym samym rozszczepiania wody. Innymi słowy, reakcja staje się bardzo powolna lub nawet samoograniczająca się, wykazując dużą równoważną rezystancję między katodą a anodą. Z tego powodu czysta woda w makrosystemie nie może być wydajnie podzielona.
W czystej wodzie, gdy przeciwelektroda jest umieszczona na długości Debye'a, dwuwarstwowe obszary katody i anody nakładają się na siebie, tak że w całej szczelinie występuje wysokie pole elektryczne. Wciąż na katodzie, nowo wytworzone jony OH- mogą szybko migrować z katody do anody z powodu dużego pola elektrycznego w całej szczelinie. Gdy odległość między przerwami jest wystarczająco mała, początkowo szybkość transportu może być nawet wyższa niż szybkość przesyłania elektronów. Po wygenerowaniu jonów OH- są one natychmiast przeciągane z katody do anody, co prowadzi do tego, że jony OH- czekają na przeniesienie elektronu na anodzie, a nie gromadzą się na katodzie. W ten sposób całe reakcje kontynuowałyby się nawet w czystej wodzie, ale teraz są ograniczone przez transfer elektronów.
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano .7b04038
Czysta woda nie przewodzi prądu, ponieważ nie zawiera zawieszonych cząstek metali, takich jak żelazo i miedź. Czysta woda nie zawiera również cynku. Jonów nie ma nawet w czystej wodzie. Możemy sprawić, że woda będzie przewodzić, dodając krople kwasu siarkowego.
Czysta woda nie może przewodzić prądu, ponieważ nie zawiera wolnych jonów. Ale kiedy woda jest zanieczyszczona, zwiększa jej poziom jonowy (wtedy nie jest już czystą wodą) - dlatego widzisz wody przewodzące prąd elektryczny i zostałeś przez nią porażony prądem.