الکترولیز آب خالص

تاریخچه

برای اولین بار در سال 1800، آب بوسیله "کارلسیل" و نیکولسن ، الکترولیز شد که منجر به آزاد شدن هیدروژن در کاتد و اکسیژن در آند شد.

الکترولیز آب خالص

در الکترولیز آب خالص ، از آنجا که آب خالص رسانا نیست، می‌بایستی الکترولیتی به آن اضافه کرد که نه آنیون آن قادر به ترکیب شدن با الکترودها باشد و نه کاتیون آن. برای این منظور ، می‌توان خواه از یک اسید مثلا اسید سولفوریک (H₂SO₄) ، خواه یک باز ، مانند هیدروکسید سدیم (NaOH) ، و حتی یک نمک (Na₂SO₄) استفاده کرد. برعکس ، به‌علت آزاد شدن کلر آندی ، شایسته است که از مصرف کلریدها خودداری شود.

اختلاف پتانسیل لازم برای الکترولیز آب

اصولا ، اختلاف پتانسیل لازم برای تجزیه آب ، چیزی جز اختلاف پتانسیل الکتریکی یک الکترود اکسیژنی و یک الکترود هیدروژنی نیست که در PH برابر 1.23 ولت است. در عمل ، بایستی اضافه پتانسیل الکتریکی آندی و کاتدی را که موجب افزایش اختلاف پتانسیل تحمیلی و بنابراین مصرف انرژی می‌شود، به حساب آورد.

الکترودهای لازم برای الکترولیز آب و اختلاف پتانسیل نتیجه شده

این اضافه پتانسیلهای الکتریکی ، بستگی اندکی به نوع الکترولیت انتخاب شده دارند، اما به‌شدت به ماهیت الکترودها وابسته‌اند. بهترین نتایج را می‌توان با کاتد پلاتینی و آند نیکلی بدست آورد. اما بدلیل قیمت بسیار بالای چنین وسایلی و نظر به برتری اندکی که نتیجه می‌شود، در صنعت ترجیح داده می‌شود تا با الکترودهای آهنی در محلول سود یا پتاس سوزان کار کنند.
بنابراین ، اختلاف پتانسیل حداقل الکترولیز در حدود 1.7 ولت است. بایستی افت اهمی پتانسیل الکتریکی در حمام را به آن اضافه کرد. با وجود دیافراگم ، مقدار افت بیشتر می‌شود. در مجموع ، اختلاف پتانسیل حقیقی ، اندکی بیشتر از 2 ولت است.

چگونگی بدست آوردن گازهای خالص

برای بدست آوردن گازهای خالص ، بایستی قسمتهای آندی و کاتدی را از یکدیگر جدا کرد. برای این منظور ، خواه از یک ظرف استوانه‌ای شیشه‌ای که کاتد را احاطه می‌کند و خواه از یک دیافراگم آزبستی استفاده می‌شود. لیکن ، گاز خالص بدست آمده نسبی است و هر یک از گازهای اکسیژن و هیدروژن می‌توانند تا 2 الی 3 درصد از دیگری را در خود داشته باشند، ولی عمل پالایش شیمیایی بعدی آسان است.

انرژی لازم برای الکترولیز آب

مصرف انرژی در حدود 6 کیلووات ساعت (KWh) ، برای بدست آوردن یک متر مکعب هیدروژن و نیم متر مکعب اکسیژن ، مقدار زیادی است و علاوه بر آن ، اکسیژن غالبا محل فروش هم ندارد. بدین ترتیب ، این روش اغلب در مناطقی که دارای انرژی الکتریکی فراوان هستند (نروژ) و بویژه به‌منظور تهیه هیدروژن متراکم که در سیلندر به فروش می‌رسد، استفاده می‌شوند. اما این هیدروژن بخش اندکی از کل گاز هیدروژن تولید شده است. اما با این وجود ، دستگاههای الکترولیز در فرانسه یا به منظور ایجاد موازنه تولید یا برای استفاده از کارخانجات مخصوص که هیدروژن خالص را به‌عنوان کاهنده بکار می‌برند، بکار برده می‌شوند. در این قبیل موارد ، اغلب اکسیژن در فضا رها می‌شود.

فرایندی که طی آن انرژی الکتریکی تبدیل به انرژی شیمیایی می شود،را الکترولیز می گویند .این پدیده درسلولی به نام سلولهای الکترولیتی انجام می گیرد.وشامل دوالکترود است که هریک توسط یک رشته سیم رسانا به یک قطب باتری  متصل شده اند ودرمحلول الکترولیت مناسب قرار می گیرند .واکنشی که درسلول الکترولیتی انجام می گیرد انرژی خواه بوده ودرنتیجه محتوای انرژی فراورده بالاترازواکنش دهنده ها می باشد .باتری قرارگرفته درمدار نقش یک پمپ الکترون راداردکه با صرف کارالکتریکی ،الکترون را از آند گرفته ودراختیار کاتد قرار می دهد.

باید درنظر داشته باشید که :

۱ـ در کاتد همواره عمل کاهش صورت می گیرد با این تفاوت که درسلولهای گالوانی نقش قطب مثبت داشته،  اما در سلولهای الکترولیتی به قطب منفی مولد متصل می شود .

۲ـ درآند که همواره عمل اکسایش انجام می گیرد درسلول گالوانی نقش قطب منفی را دارد در حالی که در سلول الکترولیتی باید به قطب مثبت متصل شود.

ازالکترولیزبرای آبکاری بافلز،تصفیه فلزها،استخراج فلز،تجزیه مواد ....استفاده می شود.

الکتریسیته به زبان ساده . الکتریسیته که همان حرکت الکترونها دریک مدار بسته می باشد که دریک پیل خشک الکترونها در اثر انجام واکنش در پیل تولید وآزاد ویک الکترون تولید شده توانسته درمدار حاصل بین دو قطب +و- آن پیل از قطب – به طرف قطب+ حرکت نماید که این حرکت الکترون یا الکترونها باعث ایجاد الکتریسیته درآن مدار شده .در واقع می خواهم بگویم که علم فیزیک براین با ور است که تنها حرکت الکترون دراین چرخه باعث وبانی ایجاد التریسیته می باشد . درحالیکه این چنین نیست؟
اکنون جهت تثبیت خلاف قوانین فیزیک در الکتریسیته باجریان ایجاد شده عمل الکترولیز را انجام میدهیم که برما روشن شود تنها حرکت الکترونها ایجاد گر جریان الکتریسیته نمی تواند باشد بلکه بقول علم فیزیک پرتونها هم دراین جریان درحرکت هستند که ما حرکت آنها را نادیده گرفته ایم. که به زبان سادتر باید گفت در الکتریسیته ایجاد شده دریک منبع مولد هم الکترونها درحرکت هستند هم هسته یا بنیادهای مثبت یک اتم .الکترولیز با جریان ایجادشده را انجام می دهیم همچنان که میدانید وبر ما تعریف کرده اند درالکترود + یاآند تنها عمل الکترون گیری صورت می گیرد ودرالکترود
منفی عمل الکترون دهی درکاتد که نقش الکترون دهی انجام میدهد مولکول آب توانسته یک H + راازدست داده که این H +باگرفتن الکترون از کاتد بصورت Hخنثی با H خنثی تولیدی دیگر اتم گازی هیدروژن را حاصل که در کاتد آزاد .اما دراینجا ما دوتا الکترون درo دو بار منفی داریم که توانسته درالکترود + آنها رااز
دست داده وگاز اکسیژن راحاصل که درآند آزاد یا درمحلول حل میشود .درحالی که این چنین نبوده و نیست .در عمل ایجاد تولید الکتریسیته در واقع مادو نوع حرکت رادرمدار ایجادشده داریم حرکت بنیادهای منفی یا الکترونها حرکت بنیادهای مثبت یا پرتونها.عمل وآزمایش الکترولیز در واقع این گونه انجام میگیرد .درکاتد بنیادهای منفی جریان الکتریسیته تولید شده ازمنبع مولدآن توسط هیدروژنها در اتم نه مولکول آب جذب
و اتم هیدروژن را حاصل (درواقع چهار لایه مثبت هیدروژن از هفت لایه اتم آب به میزان' n تعداد ذره +از nتعداد ذره+ هیدروژن در یک اتم آب جدا وبا nتعداد ذره منفی تولید شده درکاتد جریان حاصله توانسته اتم هیدروژن n' ذره+ ازاتم آب وnتعدادذره – از جریان تولیدی را حاصل وبصورت گاز هیدروژن درکاتد خارج شود ازطرفی
از اتم آّب بنیان +ازدست داده این عمل گرفتن بنیانهای +یا هیدروژن تا آنجای ادامه می یابد که اتم آب مورد بحث بکل بنیادهای مثبت خود راازدست داده وتنها بنیاد های منفی آن باقی می ماند که بصورت رادیکالی در محیط باقی که بطرف آند حرکت تادرآنجا کسب پروتون یابنیاد مثبت بنماید.امادرالکترود مثبت یاآند این اتفاقها می افتد
حضور بنیادهای مثبت یاپرتونها درالکترود آند باعث جذب بنیادهای منفی اتم آب اطراف خودشده که باگرفتن بنیادهای منفی ازاتم هفت لایه ای آب میزانn'تعداد ذره منفی ازnتعدادذزمنفی یابنیان اکسیژن آب گرفته واتم اکسیژن' nتعداد ذره منفی گرفته ازn تعدادذره منفی بنیان اکسیژن آب باnتعدادذره مثبت ازالکترود آند اتم اکسیژن راحاصل که یابصورت گاز درآند آزاد یادر محلول حل میشود. ازطرفی بنیانهای هیدروژن+ باقی مانده از اتم آب چون تحت هیچ شرایطی حالت رادیکالی به خود نمی گیرند به الکترود آند حمله ور شده وآن را غیر ازAuباشد هیدرید می نمایند. هیدرید های آند به همین دلیل در کاتد بااز دست دادن هیدروژن درکاتد احیا میشوند .اینجانب آزمایشات بیان شده فوق را برحسب جریانات DC باولتاژهای بین15000ولت تا20000ولت انجام داده که صورت انجام آزمایش بصورت تک الکترودی بوده
که بینش مارا نسبت به آنچکه هست وآنچکه گفته اند دگرگون می کند.وبرما مشخص می شود که -1- حرکت جریانات الکتریسیته چگونه است (درواقع بنیانهای + هم درجریانات الکتریسیته حضوردارند .)-2- عمل الکترولیز بگونه ای دیگر انجام می گیرد که ماازآن بیخبر هستیم.اینجانب باانجام 10 آزمایش روشن ومشخص نشان خواهم داد حرکت جریانات الکتریسیته چگونه است که هم حرکت بنیادهای + داریم وهم حرکت بنیانهای-که با تثبیت این عمل برما چگونگی عمل الکترولیز هم مشخص خواهد شد.