Elektrolýza

www.hho.sk

"Lepšie je zapáliť čo len malú sviečku, ako preklínať tmu." (Anonym)

Nie je nutné aby bola voda destilovaná, pre elektrolýzu celkom postačuje aj obyčajná voda z vodovodu. Ak však chceme zabezpečiť aby sme elektrolýzou vyprodukovali iba plyny, o ktoré máme záujem na základe pridaného katalyzátora, je nutné použiť destilovanú vodu. Voda z vodovodu obsahuje napríklad chlór a ďaľšie minerály, ktoré tiež spôsobujú disociáciu vody a tak sa výsledná chemická reakcia na elektródach môže výrazne líšiť od predpokladanej. Samotná disociácia je totiž v skutočnosti o niečo komplikovanejšia. Anióny OH a katióny H totiž neexistujú v takomto stave ale okamžite vytvárajú väzby s katalyzátorom a tak prúdia roztokom.

Destilovaná voda

Elektrolýza datuje svoj objav až do čias starodávnej Perzie. Sú dohady o tom, že Peržania používali proces elektrolýzy na pozlacovanie niektorých rituálnych predmetov.

Elektrolýza je veľmi jednoduchý proces a mnohí si určite pamätajú na pokusy na základnej či strednej škole z hodín fyziky alebo chémie. Pomocou elektrolýzy dokážeme produkovať čisté plyny, kovy alebo pokovováť predmety. Výroba hliníka je tiež elektrolýzou avšak pri špecifickejších podmienkach(katalyzátor, teplota, atď…)

Na elektrolýzu potrebujeme nasledovné pomôcky:

Destilovaná voda samotná nie je elektricky vodivá pretože neobsahuje voľné ióny, ktoré slúžia ako prenášače náboja. Na to aby mohol vodou tiecť elektrický prúd je nutné pridať katalyzátor. Katalyzátor narušuje pevné kovalentné väzby v molekulách vody a dochádza k disociácii vody na anióny OH- a katióny H+. Tieto elektricky nabité ióny umožnujú aby roztokom mohol tiecť elektrický prúd. Katalyzátor sa síce zúčastňuje chemickej reakcie no vychádza z nej nezmenený.

Najznámejší katalyzátor pre elektrolýzu je obyčajná kuchynská soľ. V takomto prípade budeme elektrolýzou produkovať vodík a chlór. Ďaľšími populárnymi katalyzátormi sú jedlá sóda, sóda na pranie, kyselina citrónová a ocot. Pridávaním katalyzátora do roztoku zvyšujeme jeho eletrickú vodivosť alebo inak povedané znižujeme jeho elektrický odpor. V princípe teda platí, že čím väčšia koncentrácia roztoku, tým väčší elektrický prúd ním bude tiecť. Roztok, ktorý obsahuje katalyzátor a teda zabezpečuje v procese elektrolýzy vedenie elektrického prúdu sa nazýva elektrolyt. Pre svoje výborné vlastnosti sú pri výrobe vodíka a kyslíka najčastejšie používanými elektrolytmi hydroxid draselný, hydroxid sodný a uhličitan draselný.

Katalyzátor

Elektródou rozumieme vodič, ktorý privádza elektrický prúd zo zdroja do elektrolytu. Mágia elektrolýzy sa odohráva na rozhraní elektód a elektrolytu. Anióny odovzdávajú elektróde elektrón, katióny prijímajú od elektródy elektrón. Týmto spôsobom je vedený elektrolytom elektrický prúd.

Elektróda, okolo ktorej sa zhromažďujú anióny sa nazýva anóda a elektróda okolo ktorej sa zhromažďujú katióny sa nazýva katóda. Keďže prijať elektrón je možné iba z miesta, kde je nadbytok elektónov, je teda zrejmé, že katóda, na ktorej sa tento proces odohráva je spojená so zápornou svorkou zdroja elektrického prúdu. Presne naopak to platí o anóde. Na anóde dochádza k odovzdaniu elektrónu. Odovzdať elektrón je možné iba ak je na odovzdávanom mieste menej elektrónov. Toto je možné iba ak je anóda pripojená ku kladnej svorke zdroja. V princípe platí, že čím bližšie k sebe sú elektródy umiestnené, tým väčší elektrický prúd môže elektrolytom tiecť.

V závislosti od toho za akým účelom ideme elektrolýzu robiť a aké plyny budeme produkovať musíme zvážiť výber elektród. Elektródy by mali byť z materiálov, ktoré chemicky nereagujú s elektrolytom a ani s vyrábanými plynmi. Najbežnejšie používaným materiálom je grafit alebo nerezová oceľ. Tieto materiály výborne odolávajú oxidačným účinkom kyslíka, ak je to jeden z plynov ktorý zamýšľame vyrábať. Najodolnejšími materiálmi sú však tie zo skupiny vzácnych kovov. V kozmickom programe sa napríklad používa platina. Aj napriek vysokej odolnosti niektorých materiálov stále dochádza ku ich degradácii. Ak teda používame elektródy ktoré majú v sebe ako antikorózne prídavky napríklad molybdén, mali by sme s elektrolytmi po dlhšej dobe používania pracovať s veľkou opatrnosťou, pre ich prípadnú toxicitu.

Povrch elektród pri elektrolýze za účelom výroby plynov by mal byť drsný. Nerovnosti na povrchu elektród pomáhajú rýchlejšiemu oddeľovaniu bubliniek plynu od elektród. Zvyšuje sa tak celková pracovná plocha elektród a teda elektrolytom môže tiecť väčší el. prúd. Ak sa snažíme dosiahnuť čo najväčšiu produkciu plynu pri čo najmenšej celkovej ploche elektród toto je jeden z rozhodujúcich faktorov. Úplne postačí ak povrch zdrsníme brúsnym papierom.

Elektródy

Pri výbere nádoby musíme zvážiť odolnosť materiálu voči elektrolytu, produktom elektrolýzy, prípadnej zvýšenej teplote počas elektrolýze, či zvýšenému tlaku vnútri nádoby ak uvažujeme o elektrolýze pod tlakom. Je tiež vhodné zvážiť veľkosť nádoby tak aby do nej vošli elektródy a dostatok elektrolytu, jednoduchú uzavierateľnosť a vzduchotesnosť, aby nedochádzalo k zbytočnému úniku produkovaných plynov, ktoré možu byť v niektorých prípadoch toxické.

Ak uvažujeme o produkcii vodíka a kyslíka (Brownov plyn), nemali by sme používať sklené nádoby. Brownov plyn je vysoko výbušný a sklená nádoba sa pri explózii zmení na lietajúce sklené črepiny.

Nádoba na elektrolyt

Na začiatok postačí klasická 9V batéria. Prípadne kombinácia 1.5 V -ových AA článkov. Pre dlhodobejšie experimentovanie s elektrolýzou je však lepšie použiť akumulátor z auta, ktorý dokáže zvládnuť väčší prúdový odber. V prípade serióznejšieho záujmu o elektrolýzu je doporučené použiť výkonový sieťový transformátor s usmerňovačom el. prúdu. Pre začiatok môže dobre poslúžiť zdroj zo starého počítača.

Rôzne elektrolyty v kombinácii s rôznymi elektródami začínajú prepúšťať elektrický prúd až od určitého napätia. V elektrolyte sa totiž bez prítomnosti elektrického prúdu vytvorí medzi elektródami vlasné napätie, ktoré je potrebné pre naštartovanie elektrolýzy prekonať. Toto napätie je zväčša v intervale 1.2 V až 2 V. Toto napätie je zároveň aj ideálnym pracovným napätím elektrolyzéra, nakoľko zvyšné napätie sa premieňa na teplo a znamená teda stratu systému.

Zdroj jednosmerného prúdu

t.č.: 0902 555 771

e-mail: info@hho.sk