Меню

Пропускание электрического тока через воду это химическое явление

Физики раскрыли секрет того, почему вода проводит ток

МОСКВА, 2 дек – РИА Новости. Ученые впервые проследили за тем, как одна молекула воды передает протоны своей «соседке», и раскрыли секрет того, почему вода пропускает ток, а другие похожие на нее вещества – не обладают таким свойством, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

«Когда через воду проходит ток, атомам кислорода при этом почти не приходится двигаться. Этот процесс можно сравнить с знаменитой «колыбелью» Ньютона, набором подвешенных шариков, выстроенных в линию. Если поднять один из них и ударить им по линии, только концевые шарики будут двигаться, а остальные будут стоять на месте», — рассказывает Марк Джонсон (Mark Johnson) из Йельского университета (США).

Дистиллированная вода, как и многие другие вещества, состоящие из двух неметаллических элементов, является изолятором, почти не пропускающим электрический ток. Но если в воду добавить даже очень небольшое число ионов, ее электропроводность резко вырастает и она становится полноценным проводником. О том, почему вода проводит ток, ученые спорят уже более двух столетий.

В начале 19 века немецкий химик Теодор Гротгус предложил теорию, которая объясняла то, почему вода пропускает через себя ток и почему электричество может разлагать ее на водород и кислород. Он посчитал, что молекулы воды могут захватывать лишние протоны и передавать их друг другу, подобно палочке в эстафете, благодаря формированию новых водородных и ковалентных связей и их быстрому распаду.

Источник

Электролиз воды

Что такое электролиз

Для осуществления процесса электролиза в раствор или в расплав помещают два электрода, подключённых к противоположным полюсам источника тока. В качестве электродов чаще всего используется металл или графит, так как эти материалы пропускают электрический ток.

Электролиты в растворе

Рис. 1. Электролиты в растворе.

Под действием электричества электрод, подключенный к отрицательному полюсу, становится катодом, а электрод, соединённый с положительным полюсом, превращается в анод. Катод и анод притягивают противоположные ионы: к катоду направляются положительно заряженные катионы, к аноду – отрицательно заряженные анионы.

Катод является окислителем, на нём происходит процесс восстановления катионов. На аноде протекает процесс окисления: анод восстанавливает анионы и окисляется.

Процесс электролиза можно разделить на два этапа. Сначала происходит диссоциация – распад электролита (раствора или расплава) на ионы. Затем протекают реакции на электродах.

Электролиз воды

Если пропустить через воду электрический ток, жидкость начнёт диссоциироваться на составляющие молекулу воды атомы. В результате процесса электролиза воды получают кислород и водород. Однако в зависимости от природы электродов можно получить озон и перекись водорода.

Схема электролиза воды:

Схема электролиза воды

Рис. 2. Схема электролиза воды.

Вода – слабый электролит, поэтому электролиз чистой, дистиллированной воды протекает медленно или не идёт вовсе. Для ускорения процесса в воду добавляют сильный электролит, увеличивающий проводимость электрического тока.

Электролит выбирается так, чтобы исключить конкуренцию между катионами электролита и катионами воды (H + ). В противном случае водород не будет произведён. Чтобы исключить конкуренцию, необходимо подобрать электролит, катионы которого будут иметь меньший электродный потенциал, чем H + воды. На роль катиона электролита подходят:

  • Li + ;
  • Rb + ;
  • K + ;
  • Cs + ;
  • Ba 2+ ;
  • Sr 2+ ;
  • Ca 2+ ;
  • Na + ;
  • Mg 2+ .

Для исключения конкуренции анионов, наоборот, подбирают электролит с анионами большего электродного потенциала, чем анион OH – воды. В качестве такого электролита применяется щелочь для образования гидроксильного иона OH – .

Диссоциация щёлочи

Рис. 3. Диссоциация щёлочи.

Для электролиза воды используются сильные щелочи: гидроксид калия (KOH) или натрия (NaOH). В некоторых случаях применяется сильная кислота, например, H2SO4.

Что мы узнали?

Электролиз – процесс образования и оседания на электродах ионов вещества под действием электрического тока. Вода разделяется на катионы водорода и анионы кислорода. Положительные катионы движутся к катоду, отрицательные анионы – к аноду. В некоторых случаях вода диссоциируется на озон и перекись водорода. Из-за низкой способности к диссоциации в воду добавляется сильный электролит, не мешающий образованию водорода и кислорода. Чаще всего добавляется щёлочь или сильная кислота.

Читайте также:  Определить мощность тока в светодиодной

Источник

ЭЛЕКТРОЛИЗ ВОДЫ — КАК ОН ЕСТЬ

Еще раз про Н2О
К ак уже говорилось, впервые химический состав воды был определен французским химиком Лавуазье в 1784 году. Лавуазье вместе с военным инженером Мёнье, прогоняя пары воды над раскаленным листом железа, обнаружил, что вода разлагается, выделяя при этом водород и кислород. Да, конечно, для своего времени, для эпохи «упорядочения вещей», эти выводы имели большое значение. В самом деле, ведь до этого открытия вода считалась совершенно однородным веществом. Нельзя, однако, не отметить и другого: открытие это сыграло и свою вполне очевидную отрицательную роль, так как надолго отвлекло внимание других ученых от поисков в этой области и утвердило в умах многих поколений непогрешимость данного вывода, освященного к тому же авторитетом ученого.
Но, что условия, при которых он проводился, были настолько несовершенны, были «грязны».
Чего стоит одно только наличие железа, над которым пропускались пары воды. Оно способно внести такие моменты в опыт, которые даже трудно учесть наперед. Лавуазье с партнером зафиксировали в своем опыте то, что было наиболее очевидным: выделение двух газов — водорода и кислорода, а что было сверх того, на это они и вовсе не обратили внимание, скорее всего по той причине, что это «сверх того» не было столь очевидным, как выделение двух газов.
Поскольку до этого открытия общим мнением, господствовавшим в науке, было мнение, что вода яв­ляется однородным веществом, факт открытия ее не­однородного состава можно назвать революцион­ным. Чего еще можно было требовать от первооткры­вателей! К тому же очевидность результатов опыта была слишком подкупающей.
Старый взгляд на воду был отброшен и заменен новым представлением о во­де как соединении двух элементов — водорода и кис­лорода, которое быстро утвердилось в науке. Этому способствовало в значительной мере развитие элект­рохимии.

ЭЛЕКТРОЛИЗ по Дэви
Р ядом ученых (Никольсон, Кавендиш и др.) был проведен опыт по электрохимическому разложению воды (подобное оп­ределение данного процесса совершенно ошибочно). Под словом «разложение» надо понимать электролиз воды как сложный окис­лительно-восстановительный процесс, но отнюдь не как простое разложение воды на составляющие эле­менты.
Итак, при разложении, т.е. электролизе воды вы­делялись водород и кислород, что, казалось бы, внешним образом подтверждало вывод Лавуазье. Однако при этом «черный ящик» стал неожиданно выдавать дополнительную информацию, которой прежде не было. В процессе электролиза обнаружи­лось два странных явления: во-первых, обе состав­ные части воды выделялись не вместе, а отдельно друг от друга — кислород у одного электрода, водо­род — у другого; во-вторых, наблюдалось образова­ние кислоты у кислородного полюса и щелочи у во­дородного. Это «странное» разложение воды озада чило ученых; притом их больше беспокоила вторая «странность», т.е. появление кислоты и щелочи.

Не видя каких-либо явных источников появле­ния в опытах азота, Дэви предположил, что образо­вание азотной кислоты было обязано соединению водорода и кислорода в момент их выделения с азо­том воздуха, растворенным в воде. Для подтвержде­ния своей догадки, он проделал тот же опыт под ко­локолом воздушного насоса, из которого он выкачал воздух (как он пи ш ет сам: осталась лишь 1/64 его первоначального объема). В итоге получились сле­дующие обнадеживающие для него результаты: в ка­тодном сосуде вода вовсе не обнаруживала присут­ствия щелочи, в анодном сосуде лакмусовая бумаж­ка слабо окрасилась в красный цвет, что свидетель­ствовало об образовании там небольшого количест­ва кислоты. Казалось, его догадка подтверждалась. Чтобы уже окончательно убедиться в своей правоте, Дэви еще раз повторил свой опыт под колоколом, но теперь уже в атмосфере чистого водорода. При этом для большей чистоты опыта он дважды на­полнял колокол водородом, чтобы удалить всякие остатки воздуха. Итоги опыта превзошли все ожида­ния: ни в одном из сосудов не было обнаружено да­же следов щелочи и кислоты. Эти опыты не остави­ли у Дэви никаких сомнений в том, что образование кислоты и щелочи у электродов — явление случай­ное и не связано с химическим составом воды, а обя­зано лишь присутствию воздуха, в котором, как изве­стно, содержится азот. Они убедили не только Дэви, но и многие поколения химиков после него. После этих опытов было уже как бы неприлично возвра­щаться вновь к вопросу о химическом составе воды — всем все стало ясно.

Читайте также:  Каким током заряжать акб 110 ач

Вода «под пыткой» у Дэви
А действительно ли в опытах Дэви все было так безу­коризненно чисто и хорошо? Рассмотрим опыт Дэви по элек­тролизу воды под колоколом воздушного насоса. По­чему в этом опыте образовалось лишь небольшое ко­личество кислоты в анодном сосуде и не было вовсе обнаружено щелочи в сосуде катодном? Действи­тельно ли, как думал Дэви, это было связано с отсут­ствием воздуха, выкачанного из-под колокола? От­части да, но совершенно в другом смысле, нежели он предполагал. Начать с того, что Дэви допустил серь­езную ошибку в своем первоначальном предположе­нии, что причиной образования кислоты и щелочи являлся азот воздуха. Образование кислоты и щело­чи к азоту воздуха никакого отношения иметь не могло по той простой причине, что азот в обычных условиях химически не активен, не растворяется в воде и не вступает в реакции ни с кислородом, ни с водородом. Один этот факт должен был бы на­толкнуть на поиски иных источников образования кислоты и щелочи. Позже, правда, высказывалось предположение, что образование кислоты и щелочи в опытах было, возможно, вызвано присутствием в воздухе некоторого количества аммонийных солей. Этим объяснением и удовлетворились. Однако вряд ли можно всерьез принимать данное объяснение, так как, во-первых, оно было сделано постфактум и, во- вторых, даже если бы какое-то количество таких со­лей и впрямь присутствовало, то оно настолько должно было быть мало, что не могло оказывать по­стоянного и закономерного образования кислоты и щелочи в каждом опыте, количество которых стоя­ло, как говорилось, лишь в прямой зависимости от продолжительности проводимых опытов.

Итак, множество фактов биологического, химиче­ского и физического свойства не дает оснований при­знать существующую формулу воды верной. Против нее говорят не только эмпирические факты, но и тео­ретические положения и, прежде всего, те, которые вытекают из таких фундаментальных положений, ка­ковыми являются начала термодинамики . Именно с ними совершенно не согласуется взгляд на электро­лиз воды как на процесс простого разложения воды.

Источник



Электролиз воды

Электролиз воды и водных растворов

Электролиз воды

Электролиз воды это процесс разложение воды электрическим током используют различные электролизеры, например аппарат Гофмана и др. Раньше они входили в состав оборудования школьных кабинетов химии. Но эти приборы с платиновыми и серебряными электродами дорогие, хрупкие и недолговечные.

Электроды из благородных металлов заменили свинцовыми и никелевыми. Приборы стали прочнее, но имели существенный недостаток— образование вторичных продуктов электролиза.

Было предложено много самодельных приборов для электролиза воды . Материалом для электродов служило железо, а электролитом был раствор щелочи. В таких самодельных приборах можно получить водород и кислород в объемных отношениях приблизительно как 2: 1.

Термическое разложение воды

В то время как электролиз воды проходит при обыкновенной температуре, термическое разложение воды требует нагревания до очень высокой температуры (выше 1000 °С), что свидетельст вует о прочности этого соединения.

Так, пары воды частично разлагаются на водород и кислород при сильном нагревании платиновой спирали, которую можно заменить спиралью из других тугоплавких металлов (например, вольфрама).

Установка для термического разложения (диссоциации) воды изображена на рисунке 2.

Разложение воды

Меры предосторожности. Перед раскаливанием спирали необходимо удалить из установки воздух, для чего воду в колбе кипятят. Провода подключают к источнику электрического тока (через ВС-24М или В-24). Цилиндр с собранной гремучей смесью обертывают полотенцем и подносят к пламени.

Читайте также:  Определите абсолютную погрешность измерения постоянного тока амперметром если он в цепи с образцовым

Электролиз водных растворов солей

Прибор для электролиза растворов солей (рис. Б) представляет собой дугообразную трубку с двумя отростками для отвода образующихся газов, например хлора и водорода при электролизе раствора хлорида натрия. Электроды—угольные (графитовые) стержни.

Рис. 2 — А. Установка для термического разложе ния воды.

Рис. 2 — Б. Прибор для электролиза растворов солей.

Опыты по электролизу воды и водных растворов солей можно осуществить в приборе для опытов по химии с электрическим то .

Для демонстрации электролиза воды в электролизер наливают дистиллированную воду так, чтобы уровень ее на 2— 3 см был выше электродов. В качестве электролита используют 10 %-ный раствор гидроксида натрия. В две демонстрационные пробирки (ПХ-21) также наливают дистиллированную воду с добавлением электролита.

Пробирки поочередно закрывают пробкой с держателем, опрокидывают вверх дном в электролизер; открывают под водой пробку и надевают пробирки на электроды. Прибор подключают к источнику постоянного тока с напряжением 40 В (ИЭПП-1 или ИЭПП 2) при условии, что контакт экспериментатора с электролитом исключен.

Для этого в старых образцах набора следует сделать к электролизеру крышку (из картона, дерева, пластмассы) с отверстиями для пробирок. В противном случае нельзя пользоваться электрическим током с напряжением свыше 12 В.

Аналогично проводят опыт по электролизу водного раствора иодида калия. Электролизер и демонстрационные пробирки заполняют раствором иодида калия. В одну из пробирок, которую надевают на катод, добавляют 1— 2 капли фенолфталеина, а во вторую — 2—3 капли крахмального клейстера.

Подключают прибор к источнику постоянного тока и через 1 —2 мин (U 40В) наблюдают малиновое окрашивание в катодном пространстве (в пробирке с фенолфталеином) и синее — в анодном (в пробирке с крахмалом). Практическое значение имеет электролиз раствора хлорида натрия, дающий три важных продукта: гидроксид натрия, хлор и водород. Из последних двух продуктов может быть получена синтетическая соляная кислота.

Электролиз хлорида натрия

Лабораторные установки для электролиза раствора хлорида натрия рассматриваются в руководствах по химическому эксперименту. Одна из таких установок была предложена М. В. Федякиным (журнал «Химия в школе», 1964, № 5). Она состоит из стеклянной трубки ( 30 мм), закрытой двумя резиновыми пробками.

В прибор через воронку наливают насыщенный раствор хлорида натрия до уровня, показанного на рисунке. Установку подключают к источнику постоянного тока напряжением 15—20 В,

При электролизе на катоде 4 выделяется водород, который собирают над трубкой 6 в пробирку и испытывают на горючесть.

Выделяющийся на аноде хлор выводится по газоотводной трубке в сосуд с иодокрахмальным раствором (на рисунке не показано). Сливают в отдельные стаканы жидкость из анодного про странства и катодного пространства, а в третий стакан — исходный раствор хлорида натрия. Во все три стакана прибавляют раствор лакмуса (фиолетового цвета). Исходный раствор показывает нейтральную реакцию, жидкость при катоде — щелочную, а при аноде —разрушает лакмус (действие растворенного хлора).

Установка для электролиза солей

Установку для электролизера растворов солей (а также воды) можно собрать из специальных деталей набора НДПХ. В качестве электролизера используют Н-образную трубку-реактор 1 ( с кранами 2 и 4), в которую вставляют две пробки с электродами: железным и угольным.

В колбу при закрытом зажиме наливают прозрачный насыщенный раствор хлорида нат рия, заготовленный заранее. К клеммам электродов присоединяют проводники от источника постоянного тока ВС-24М (В-24). Напряжение тока 25—30 В, сила тока 4 А. Через 2—3 мин колбу поднимают на демонстрационный столик.

Водород собирают в пробирку, открывают кран и доказывают наличие газа. В пробирку над краном помещают иодокрахмальную бумажку , с помощью которой доказывают наличие хлора.

Получившийся раствор щелочи берут из электролизера в пробирку через тройник с зажимом . Проводят испытание раствора щелочи фенолфталеином.

Статья на тему Электролиз воды

Источник