जल इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया, तकनीक, यह घर के लिए क्या है

पानी इलेक्ट्रोलिसिस यह विद्युत प्रवाह के अनुप्रयोग द्वारा इसके प्राथमिक घटकों में पानी का अपघटन है। आगे बढ़ने पर, दो अक्रिय सतहों पर हाइड्रोजन और आणविक ऑक्सीजन का निर्माण होता है, एच₂ और हे₂. इन दो सतहों को इलेक्ट्रोड के नाम से बेहतर जाना जाता है.

सैद्धांतिक रूप से, एच ​​की मात्रा₂ गठित O की मात्रा से दोगुना होना चाहिए₂. क्यों? क्योंकि पानी के अणु में 2 के बराबर एच / ओ अनुपात है, अर्थात प्रत्येक ऑक्सीजन के लिए दो एच। इस संबंध को उसके रासायनिक सूत्र, एच के साथ सीधे जांचा जाता है₂ओ। हालांकि, कई प्रयोगात्मक कारक प्राप्त मात्रा को प्रभावित करते हैं.

यदि इलेक्ट्रोलिसिस पानी (शीर्ष छवि) में डूबी नलियों के अंदर किया जाता है, तो निचली ऊंचाई के पानी का स्तंभ हाइड्रोजन से मेल खाता है, क्योंकि तरल की सतह पर गैस की अधिक मात्रा का दबाव होता है। बुलबुले इलेक्ट्रोड को घेर लेते हैं और पानी के भाप के दबाव समाप्त होने के बाद बढ़ते जाते हैं.

ध्यान दें कि ट्यूब एक दूसरे से इस तरह अलग होती हैं कि एक इलेक्ट्रोड से दूसरे में गैसों का कम प्रवास होता है। कम पैमानों पर, यह आसन्न जोखिम का प्रतिनिधित्व नहीं करता है; लेकिन औद्योगिक तराजू पर, एच का गैस मिश्रण₂ और हे₂ यह अत्यधिक खतरनाक और विस्फोटक है.

इस कारण से, इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाएं जहां पानी इलेक्ट्रोलिसिस किया जाता है, बहुत महंगा है; उन्हें एक डिज़ाइन और तत्वों की आवश्यकता होती है जो गारंटी देते हैं कि गैसें कभी भी मिश्रण नहीं करती हैं, एक लाभदायक वर्तमान आपूर्ति, इलेक्ट्रोलाइट्स की उच्च सांद्रता, विशेष इलेक्ट्रोड (इलेक्ट्रोकटलिस्टिक्स), और एच को स्टोर करने के लिए तंत्र।₂ प्रस्तुत.

इलेक्ट्रोकाल्टिस्ट्स घर्षण का प्रतिनिधित्व करते हैं और एक ही समय में पानी इलेक्ट्रोलिसिस की लाभप्रदता के लिए पंख। कुछ में प्लैटिनम और इरिडियम जैसे महान धातुओं के ऑक्साइड शामिल हैं, जिनकी कीमतें बहुत अधिक हैं। यह इस बिंदु पर विशेष रूप से है जहां शोधकर्ता कुशल, स्थिर और सस्ते इलेक्ट्रोड के डिजाइन के लिए बलों में शामिल होते हैं.

इन प्रयासों का कारण ओ के गठन में तेजी लाना है₂, जो कि H की तुलना में कम गति पर दिया गया है₂. यह ओ द्वारा गठित होने वाले इलेक्ट्रोड द्वारा धीमा हो जाता है₂ यह एक सामान्य परिणाम के रूप में आवश्यक (अति-लाभकारी) की तुलना में बहुत अधिक क्षमता के आवेदन को लाता है; प्रदर्शन और उच्च व्यय को कम करने के लिए समान है.

सूची

• 1 इलेक्ट्रोलिसिस की प्रतिक्रिया
  • 1.1 अर्ध-कोशिका प्रतिक्रियाएँ
• 2 प्रक्रिया
• 3 तकनीक
  • 3.1 क्षारीय पानी के साथ इलेक्ट्रोलिसिस
  • 3.2 इलेक्ट्रोलाइटिस बहुलक इलेक्ट्रोलाइटिक झिल्ली के साथ
  • 3.3 ठोस ऑक्साइड के साथ इलेक्ट्रोलिसिस
• 4 पानी इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग क्या है??
  • 4.1 हाइड्रोजन का उत्पादन और इसके उपयोग
  • 4.2 डिबगिंग विधि के रूप में
  • 4.3 ऑक्सीजन की आपूर्ति के रूप में
• 5 घरेलू प्रयोग
  • 5.1 होम चर
• 6 संदर्भ

इलेक्ट्रोलिसिस प्रतिक्रिया

पानी के इलेक्ट्रोलिसिस में कई जटिल पहलू शामिल हैं। हालांकि, सामान्य शब्दों में, इसका आधार एक साधारण वैश्विक प्रतिक्रिया में है:

2H₂ओ (एल) => 2 एच₂(g) + O₂(G)

जैसा कि समीकरण में देखा गया है, दो पानी के अणु हस्तक्षेप करते हैं: एक को कम करना चाहिए, या इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करना चाहिए, जबकि दूसरे को इलेक्ट्रॉनों को ऑक्सीकरण या खोना चाहिए।.

द एच₂ यह पानी की कमी का एक उत्पाद है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों का लाभ प्रोटॉन एच को बढ़ावा देता है⁺ covalently बाध्य किया जा सकता है, और ऑक्सीजन OH में बदल गया^-. इसलिए, एच₂ कैथोड पर होता है, जो इलेक्ट्रोड है जहां कमी होती है.

जबकि ओ₂ पानी के ऑक्सीकरण से आता है, क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों को खो देता है जो इसे हाइड्रोजन से बांधने की अनुमति देता है, और परिणामस्वरूप प्रोटॉन एच जारी करता है⁺. द ओ₂ एनोड पर होता है, इलेक्ट्रोड जहां ऑक्सीकरण होता है; और अन्य इलेक्ट्रोड के विपरीत, एनोड के चारों ओर पीएच अम्लीय होता है और बुनियादी नहीं.

अर्ध-सेल प्रतिक्रियाएं

निम्नांकित अर्ध-कोशिका अभिक्रियाओं के लिए निम्नलिखित रासायनिक समीकरणों के साथ सारांशित किया जा सकता है:

2H₂ओ + 2 ई^- => एच₂ + 2OH^- (कैथोड, बेसिक)

2H₂ओ => ओ₂ + 4H⁺ + 4e^- (एनोड, एसिड)

हालांकि, पानी अधिक इलेक्ट्रॉनों (4e) को नहीं खो सकता है^-) जिसमें से अन्य पानी का अणु कैथोड (2e) पर जीत जाता है^-); इसलिए, पहले समीकरण को 2 से गुणा किया जाना चाहिए, और फिर दूसरे समीकरण के साथ घटाकर शुद्ध समीकरण प्राप्त करना होगा:

2 (2H)₂ओ + 2 ई^- => एच₂ + 2OH^-)

2H₂ओ => ओ₂ + 4H⁺ + 4e^-

6H₂ओ => २ एच₂ + हे₂ + 4H⁺ + 4OH^-

लेकिन 4 एच⁺ और 4OH^- वे 4H बनाते हैं₂या, इसलिए ये छह एच अणुओं में से चार को खत्म करते हैं₂या दो को छोड़कर; और परिणाम वैश्विक प्रतिक्रिया है जो अभी सामने आई है.

पीएच मानों, तकनीकों के साथ अर्ध-कोशिका प्रतिक्रियाएं बदल जाती हैं, और संभावित कमी या ऑक्सीकरण क्षमता भी होती है, जो यह निर्धारित करती है कि वर्तमान में कितनी आपूर्ति की जानी चाहिए ताकि पानी के इलेक्ट्रोलिस सहज रूप से आगे बढ़ें.

प्रक्रिया

ऊपरी छवि हॉफमैन वोल्टमीटर दिखाती है। सिलेंडरों को पानी और चयनित इलेक्ट्रोलाइट्स के माध्यम से मध्य नोजल से भरा जाता है। इन इलेक्ट्रोलाइट्स की भूमिका पानी की चालकता को बढ़ाना है, क्योंकि सामान्य परिस्थितियों में बहुत कम एच आयन होते हैं₃हे⁺ और ओह^- आपके ऑटो आयनीकरण के उत्पाद.

दो इलेक्ट्रोड आमतौर पर प्लैटिनम होते हैं, हालांकि छवि में उन्हें कार्बन इलेक्ट्रोड द्वारा बदल दिया गया था। दोनों एक बैटरी से जुड़े हैं, जिसके साथ एक संभावित अंतर (thatV) जो पानी के ऑक्सीकरण को बढ़ावा देता है (O गठन) लागू होता है।₂).

इलेक्ट्रॉन पूरे सर्किट की यात्रा करते हैं जब तक आप दूसरे इलेक्ट्रोड तक नहीं पहुंचते हैं, जहां पानी जीतता है और एच बन जाता है₂ और ओह^-. इस बिंदु पर एनोड और कैथोड पहले से ही परिभाषित हैं, जिन्हें पानी के स्तंभों की ऊंचाई से विभेदित किया जा सकता है; छोटी ऊंचाई में से एक, कैथोड से मेल खाती है, जहां एच का गठन होता है₂.

सिलिंडर के ऊपरी हिस्से में, कुछ चाबियाँ होती हैं जो उत्पन्न गैसों को छोड़ने की अनुमति देती हैं। आप जांच सकते हैं, ध्यान से, एच ​​की उपस्थिति₂ यह एक लौ के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिसके दहन से गैसीय जल उत्पन्न होता है.

तकनीक

पानी इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक एच की मात्रा के आधार पर भिन्न होती है₂ और हे₂ यह उत्पन्न करने का प्रस्ताव है। दोनों गैसें बहुत खतरनाक होती हैं यदि उन्हें एक साथ मिलाया जाता है, और यही कारण है कि इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाएं गैसीय दबाव में वृद्धि को कम करने और जलीय माध्यम से उनके प्रसार को कम करने के लिए जटिल डिजाइन करती हैं।.

इसके अलावा, तकनीक सेल के आधार पर दोलन करती है, इलेक्ट्रोलाइट पानी में जुड़ जाती है, और स्वयं इलेक्ट्रोड बनाती है। दूसरी ओर, कुछ का मतलब है कि उच्च तापमान पर प्रतिक्रिया होती है, बिजली की खपत कम हो जाती है, और अन्य लोग एच को बनाए रखने के लिए भारी दबाव का उपयोग करते हैं।₂ संग्रहीत.

सभी तकनीकों में, निम्नलिखित तीन का उल्लेख किया जा सकता है:

क्षारीय पानी के साथ इलेक्ट्रोलिसिस

इलेक्ट्रोलिसिस क्षार धातुओं (KOH या NaOH) के बुनियादी समाधान के साथ किया जाता है। इस तकनीक के साथ प्रतिक्रियाएं होती हैं:

4H₂O (l) + 4e^- => 2 एच₂(g) + 4OH^-(AQ)

4OH^-(एसी) => ओ₂(g) + 2H₂O (l) + 4e^-

जैसा कि देखा जा सकता है, कैथोड और एनोड दोनों में, पानी में एक मूल पीएच है; और इसके अलावा, ओह^- उस एनोड पर माइग्रेट करें जहां वे ओ में ऑक्सीकरण करते हैं₂.

बहुलक इलेक्ट्रोलाइटिक झिल्ली के साथ इलेक्ट्रोलिसिस

इस तकनीक में एक ठोस बहुलक का उपयोग किया जाता है जो एच के लिए एक पारगम्य झिल्ली के रूप में कार्य करता है⁺, लेकिन गैसों के लिए जलरोधक। यह इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान अधिक सुरक्षा की गारंटी देता है.

इस मामले के लिए आधे कोशिका प्रतिक्रियाएं हैं:

4H⁺(एसी) + 4 ई^- => 2 एच₂(G)

2H₂ओ (ल) => ओ₂(g) + 4H⁺(एसी) + 4 ई^-

द एच आयनों⁺ वे एनोड से कैथोड में चले जाते हैं, जहां वे एच बनने के लिए कम हो जाते हैं₂.

ठोस ऑक्साइड के साथ इलेक्ट्रोलिसिस

अन्य तकनीकों से बहुत अलग, यह इलेक्ट्रोलाइट्स के रूप में ऑक्साइड का उपयोग करता है, जो कि उच्च तापमान (600-900ºC) आयनों परिवहन माध्यम के रूप में कार्य करता है।^2-.

प्रतिक्रियाएं हैं:

2H₂ओ (जी) + 4 ई^- => 2 एच₂(g) + 2O^2-

2O^2- => हे₂(g) + 4 ई^-

ध्यान दें कि इस समय ऑक्साइड आयन होते हैं, या^2-, जो एनोड की यात्रा करते हैं.

पानी इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग क्या है?

जल इलेक्ट्रोलिसिस एच पैदा करता है₂ (छ) और ओ₂ (G)। दुनिया में उत्पादित हाइड्रोजन गैस का लगभग 5% पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा निर्मित होता है.

द एच₂ यह जलीय NaCl समाधानों के इलेक्ट्रोलिसिस का उप-उत्पाद है। नमक की उपस्थिति पानी की विद्युत चालकता को बढ़ाकर इलेक्ट्रोलिसिस की सुविधा देती है.

वैश्विक प्रतिक्रिया होती है:

2NaCl + 2H₂ओ => क्ल₂     +       एच₂      +       2 NaOH

इस प्रतिक्रिया के भारी महत्व को समझने के लिए, गैसीय उत्पादों के कुछ उपयोगों का उल्लेख किया जाएगा; क्योंकि दिन के अंत में, ये वे हैं जो पानी के इलेक्ट्रोलिसिस को अधिक कुशल और हरे रंग के तरीके से प्राप्त करने के लिए नए तरीकों के विकास को चलाते हैं।.

उन सभी में से, सबसे वांछित उन कोशिकाओं के रूप में सेवा करना है जो जलते हुए जीवाश्म ईंधन के उपयोग को ऊर्जावान रूप से प्रतिस्थापित करते हैं.

हाइड्रोजन का उत्पादन और इसके उपयोग

-इलेक्ट्रोलिसिस में उत्पादित हाइड्रोजन का उपयोग रासायनिक उद्योग में नशे की प्रतिक्रियाओं में, हाइड्रोजनीकरण प्रक्रियाओं में या कमी प्रक्रियाओं में एक कम करने वाले एजेंट के रूप में किया जा सकता है।.

-इसके अलावा, वाणिज्यिक महत्व के कुछ कार्यों में यह आवश्यक है, जैसे: हाइड्रोक्लोरिक एसिड, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, हाइड्रॉक्सिलैमाइंस, आदि का उत्पादन। नाइट्रोजन के साथ एक उत्प्रेरक प्रतिक्रिया द्वारा अमोनिया के संश्लेषण में शामिल किया गया.

-ऑक्सीजन के साथ संयोजन में, यह एक उच्च कैलोरी सामग्री के साथ आग पैदा करता है, जिसमें तापमान 3,000 और 3,500 K के बीच होता है। इन तापमानों का उपयोग धातु उद्योग में कटौती और वेल्ड के लिए किया जा सकता है, सिंथेटिक क्रिस्टल के विकास के लिए, क्वार्ट्ज का उत्पादन आदि।.

-जल उपचार: पानी में नाइट्रेट्स की उच्च सामग्री को बायोरिएक्टर में उनके उन्मूलन से कम किया जा सकता है, जिसमें बैक्टीरिया ऊर्जा के स्रोत के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करते हैं

-हाइड्रोजन प्लास्टिक, पॉलिएस्टर और नायलॉन के संश्लेषण में हस्तक्षेप करता है। इसके अलावा, यह कांच के उत्पादन का हिस्सा है, बेकिंग के दौरान दहन बढ़ रहा है.

-कई धातुओं के ऑक्साइड और क्लोराइड के साथ प्रतिक्रियाएं: धातु का उत्पादन करने के लिए चांदी, तांबा, सीसा, बिस्मथ और पारा.

-और इसके अलावा, इसका उपयोग लौ डिटेक्टर के साथ क्रोमैटोग्राफिक विश्लेषण में ईंधन के रूप में किया जाता है.

डिबगिंग विधि के रूप में

सोडियम क्लोराइड समाधानों के इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग स्विमिंग पूल के पानी की शुद्धि के लिए किया जाता है। इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, कैथोड और क्लोरीन (Cl) में हाइड्रोजन का उत्पादन होता है₂) एनोड पर। इस मामले में नमक क्लोरीनेटर के रूप में इलेक्ट्रोलिसिस की चर्चा है.

क्लोरीन हाइपोक्लोरस एसिड और सोडियम हाइपोक्लोराइट बनाने वाले पानी में घुल जाता है। हाइपोक्लोरस एसिड और सोडियम हाइपोक्लोराइट पानी को निष्फल करते हैं.

ऑक्सीजन की आपूर्ति के रूप में

अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन में ऑक्सीजन उत्पन्न करने के लिए पानी के इलेक्ट्रोलिसिस का भी उपयोग किया जाता है, जो स्टेशन में ऑक्सीजन के वातावरण को बनाए रखने का कार्य करता है.

हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन सेल में किया जा सकता है, ऊर्जा को स्टोर करने की विधि, और अंतरिक्ष यात्रियों द्वारा खपत के लिए सेल में उत्पन्न पानी का उपयोग कर सकते हैं.

घरेलू प्रयोग

हॉफमैन वाल्टमीटर, या अन्य असेंबली के साथ प्रयोगशाला में तराजू पर पानी के इलेक्ट्रोलिसिस प्रयोग किए गए हैं जो एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल के सभी आवश्यक तत्वों को शामिल करने की अनुमति देता है।.

सभी संभव विधानसभाओं और उपकरणों में से, सबसे बड़ा एक बड़ा पारदर्शी पानी का कंटेनर हो सकता है, जो सेल के रूप में काम करेगा। इसके साथ, आपको इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करने के लिए किसी भी धातु या विद्युत प्रवाहकीय सतह को भी हाथ में रखना चाहिए; एक कैथोड के लिए, और दूसरा एनोड के लिए.

इस प्रयोजन के लिए भी ग्रेफाइट अंक के साथ दोनों सिरों पर पैनापन उपयोगी हो सकता है। और अंत में, एक छोटी बैटरी और कुछ केबल जो इसे तात्कालिक इलेक्ट्रोड से जोड़ते हैं.

यदि पारदर्शी कंटेनर में नहीं किया जाता है, तो गैस के बुलबुले के गठन की सराहना नहीं की जा सकती है.

गृह चर

यद्यपि पानी का इलेक्ट्रोलिसिस एक ऐसा विषय है जिसमें वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों की तलाश करने वालों के लिए कई पेचीदा और उम्मीद के पहलू शामिल हैं, घरेलू प्रयोग बच्चों और अन्य दर्शकों के लिए उबाऊ हो सकते हैं।.

इसलिए, एच गठन उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त वोल्टेज लागू किया जा सकता है₂ और हे₂ वैकल्पिक चर और परिवर्तनों पर ध्यान देना.

पहले एक पानी का पीएच भिन्नता है, या तो सिरका का उपयोग करने के लिए पानी को अम्लीय करना, या ना₂सीओ₃ इसे थोड़ा आधार देने के लिए। देखे गए बुलबुले की मात्रा में बदलाव होना चाहिए.

इसके अतिरिक्त, एक ही प्रयोग को ठंडे और गर्म पानी के साथ दोहराया जा सकता है। इस तरह प्रतिक्रिया पर तापमान के प्रभाव पर फिर से विचार किया जाएगा.

अंत में, डेटा संग्रह को थोड़ा कम बेरंग बनाने के लिए, आप बैंगनी गोभी के रस के बहुत पतला समाधान का सहारा ले सकते हैं। यह रस प्राकृतिक मूल का एक आधार एसिड संकेतक है.

पेश किए गए इलेक्ट्रोड के साथ कंटेनर में जोड़ने पर, यह देखा जाएगा कि एनोड पर पानी गुलाबी (एसिड) हो जाएगा, जबकि कैथोड पर, रंग पीला (मूल) होगा.

संदर्भ

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