Электролиз воды

Это первый известный человеку электролизный процесс. Его практическое значение сегодня очень велико.

Многое можно сказать о применении водорода. Потребности в этом газе непрерывно растут. Водород служит сырьем в синтезе аммиака, при гидрировании ненасыщенных органических соединений. Он является одним из компонентов топлива для ракетных двигателей. Конденсированный под большим давлением водород уже при –53 °С начинает проявлять свойство сверхпроводимости, которое металлы приобретают лишь при температурах, близких к абсолютному нулю. Получение такого сверхпроводящего высокотемпературного проводника из металлического водорода произведет настоящую техническую революцию.

Металлический водород!.. Представляете: проводник, в котором электроны свободно разгуливают в кристаллической решетке.

Не менее широко применяется и кислород. Его используют для интенсификации окислительных процессов, в металлургии и т. д. Кислород поддерживает жизнь на нашей планете. Он должен доставляться и людям, работающим в условиях, далеких от обычных: в космосе или на дне морей и океанов.

Существует много способов получения этих газов. Чаще всего водород получают из воды, метана, при взаимодействии некоторых кислот с металлами. Кислород же выделяют из воздуха после его сжижения и фракционной дистилляции. Нужда в обоих газах растет, и повышаются требования к их чистоте. Приходится возвращаться к электролизным ваннам. Но чистая вода –- очень плохой проводник электричества. Степень ее электролитической диссоциации крайне мала. Поэтому необходимо растворить в ней такой электролит, ионы которого обладают более высокими потенциалами разложения по сравнению с потенциалами иона водорода Н и гидроксид-иона ОН. Оказалось, что в этом случае самыми подходящими электролитами являются 20–30 %-ный раствор едкого кали КОН или 15 – 20 %-ный раствор едкого натра NaOH. Электроды сделаны из обычного мягкого железа. На анод нанесена тонкая пленка никеля, предохраняющая его от действия кислорода, который выделяется при электролизе. Тщательно соблюдаются условия, необходимые для разделения кислорода и водорода, ведь смесь этих газов недаром называется гремучим газом – так она взрывоопасна.

Анодное и катодное пространства обычно разделяют асбестовой диафрагмой. Интересно устройство биполярных ванн, которые часто находят применение в этом производстве. Множество металлических электродов располагают параллельно, а электрический ток питает только два крайних – анод и катод.

На аноде выделяется кислород. Катионы водорода движутся в сторону электрода, где принимают электрон и выделяют водород. Следовательно, этот электрод играет роль катода. Этот же электрод, после того как отдал электроны ионам водорода, заряжается положительно и превращается в анод по отношению к ионам, которые находятся по другую его сторону. После этого картина повторяется. И так до тех пор пока цепь не замкнется, пока не достигнет катода.

В то же время электрод заряжен более положительно, чем следующий электрод, поэтому по отношению к последнему он играет роль анода и т. д. Выходит, что каждый электрод, за исключением двух крайних, выполняет двойную функцию: с одной стороны он работает как анод, а с другой – как катод. Эти ванны конструируются по типу так называемых фильтр-прессов. Такая фильтр-прессная ванна состоит из прямоугольных стальных рамок, между которыми помещены биполярные электроды, изолированные от рамок уплотнителями. Рамки и электроды плотно скреплены между собой. Разделенные диафрагмой анодное и катодное пространства соединены с газопроводами для кислорода и водорода. Сырьем является чистая дистиллированная вода. Ее добавляют непрерывно, так, чтобы уровень жидкости в ванне всегда оставался постоянным.


Полезное чтиво:
Как происходит электролиз под давлением
Опыты с тяжёлой водой
Как сделать солёную воду пресной
Электролиз поваренной соли
О катодном восстановлении и анодном окислении
Процесс получения пероксида водорода