Rozklad vody při působení elektrického proudu je základní reakcí, která je široce studována v chemické vědě. Umožňuje vytvořit vztah mezi elektrickým proudem a tvorbou plynných produktů. Zvláště zajímavým faktem je rozklad vody na vodík a kyslík, přičemž hmotnost vytvořeného vodíku může být použita k určení množství rozložené vody.
Tento článek se zabývá konkrétním případem, kdy při rozkladu vody pomocí elektrického proudu vzniká 2 gramy vodíku. Úkolem je určit množství rozložené vody na základě známé hmotnosti vodíku.
K vyřešení tohoto problému je třeba vzít v úvahu poměr hmotnosti vody k hmotnosti vodíku při jeho rozkladu. Podle chemické rovnice reakce tvoří 1 molekulu vody 2 molekuly vodíku. Hmotnost vody se tedy rovná polovině hmotnosti vodíku.
Voda a elektrický proud: interakce a rozklad
Když elektrický proud prochází vodou, dochází k elektrolýze, která způsobuje, že se voda rozkládá na plyny - kyslík a vodík. Přitom je známo, že 1 mol vodíku odpovídá hmotnosti 2 gramů. Na základě toho lze vypočítat množství gramů vody rozložené při působení elektrického proudu, pokud jsou 2 gramy vodíku.
K vyřešení problému je třeba znát molovou hmotnost vody, která se rovná 18 gramům na 1 mol. Při znalosti množství gramů vodíku (2 gramy) a molové hmotnosti vody( 18 gramů / mol) lze poměr použít k určení množství gramů vody rozložené působením elektrického proudu:
2 g / (2 g / mol) = x G / (18 g / mol)
Při řešení tohoto poměru získáme, že x = 18 g. Při působení elektrického proudu se tak rozložilo 18 gramů vody.
Historie výzkumu
Řada vědců následně zkoumala proces elektrolýzy a různé aspekty tohoto jevu. Jedním z nejvýznamnějších experimentátorů byl anglický chemik a fyzik Michael Faraday. Na počátku 19.století provedl řadu experimentů a formuloval zákon elektrolýzy, podle kterého je množství látky rozkládané elektrolýzou úměrné spotřebovanému elektrickému náboji.
Když se vrátíme k otázce rozkladu vody, můžeme uvést vzorec reakce elektrolýzy: 2H2O → 2H2 + O2. Podle tohoto vzorce je vidět, že každé 2 molekuly vody tvoří 2 molekuly vodíku a 1 molekulu kyslíku.
Pomocí vzorce lze vypočítat, kolik gramů vody se rozložilo, když byly získány 2 gramy vodíku. Na základě atomových hmotností prvků je molární hmotnost vody 18 g/mol a molární hmotnost vodíku je 2 g / mol. K získání 2 gramů vodíku je tedy nutné rozložit 18 gramů vody.
Při působení elektrického proudu se tedy rozložilo 18 gramů vody, aby se vytvořily 2 gramy vodíku.
| Reakce: | 2H2O → 2H2 + O2 |
|---|---|
| Budova: | 2 molekuly vody se rozkládají na 2 molekuly vodíku a 1 molekulu kyslíku |
| Molární hmotnost: | 18 g/mol vody, 2 g / mol vodíku |
| Voda rozložená na výrobu 2 g vodíku: | 18 g |
Jak funguje elektrický proud na vodu?
Voda je chemická sloučenina dvou atomů vodíku (H) a jednoho atomu kyslíku (o). V procesu elektrolýzy se molekuly vody rozdělují na tyto atomy pod vlivem elektrického proudu.
Při přívodu elektrického proudu vodou prochází speciálně vytvořeným elektrolytickým článkem, který obsahuje dvě elektrody. Kladná elektroda se nazývá anoda a záporná katoda.
V důsledku procesu elektrolýzy reagují atomy vody na anodě a katodě různými způsoby:
- Na anodě dochází k oxidaci-atomy kyslíku se odtrhnou od molekuly vody a vytvoří plynný kyslík (o₂).
- Na katodě dochází k redukci-atomy vodíku se oddělí od molekuly vody a vytvoří plynný vodík (H₂).
Při elektrolýze vody vzduchového původu se tedy na anodě vytváří kyslík a na katodě vodík.
Takže při působení elektrického proudu na vodu se vytvoří 2 gramy vodíku. Poměr rozkladu vody je tedy 2 g aktivního vodíku na 32 g vody. To znamená, že 2 g vodíku se tvoří rozkladem 18 g vody. Hmotnost rozložené vody je tedy přibližně 18 g.
Elektrolýza vody: základní principy
Základní principy elektrolýzy vody jsou Faradayovy zákony. Faradayův zákon První tvrdí, že množství látky uvolněné nebo rozložené elektrolýzou je přímo úměrné množství elektřiny procházející roztokem. Faradayův zákon druhý uvádí, že hmotnost látky, která se rozpadla nebo uvolnila elektrolýzou, je úměrná jejich ekvivalentní hmotnosti a množství elektřiny procházející roztokem.
K určení množství gramů vody rozložené při působení elektrického proudu je tedy nutné znát množství uvolněného vodíku. Pomocí poměru mezi hmotností vody a hmotností vodíku (1:2) lze určit, že při výrobě 2 gramů vodíku se rozložily 4 gramy vody.
Poměr mezi rozkladem vody a tvorbou vodíku
Voda složená z atomů kyslíku a vodíku může být rozložena elektrickým proudem na své složené prvky. Tento proces se nazývá elektrolýza. V důsledku elektrolýzy se vodík a kyslík tvoří v poměru 2:1.
Podle Faradayova zákona je napětí zdroje elektrického proudu aplikované na elektrody přímo úměrné množství rozložené vody. Pokud je tedy známo množství získaného vodíku, lze určit množství rozložené vody.
Experimentální data a výpočty
K určení množství rozložené vody při působení elektrického proudu byla provedena řada experimentů. Výsledkem jsou 2 gramy vodíku, což umožňuje vypočítat množství rozložené vody.
| Hmotnost vodíku (g) | Hmotnost vody (g) |
|---|---|
| 2 | 18 |
Z této rovnice je zřejmé, že rozkladem 2 mol vody se vytvoří 2 moly vodíku a 1 mol kyslíku. S ohledem na molární hmotnost vody (H2O) 18 g / mol, lze vypočítat množství rozložené vody. Takovým způsobem:
Molární hmotnost vodíku (H2) = 2 g / mol
Molární hmotnost vody (H2O) = 18 g / mol
1 mol vodíku tedy odpovídá 9 molům vody.
Z výsledků experimentu a výpočtů lze tedy s jistotou říci, že při působení elektrického proudu se rozložilo 18 gramů vody.
Role proudu a času při rozkladu vody
Podle elektrolýzy vody odpovídají každé 2 moly elektronů protékajících elektrolytickým článkem rozkladu jednoho molu vody (18 gramů) na dva moly vodíku (2 gramy) a jeden mol kyslíku (16 gramů). Při získávání 2 gramů vodíku nám tedy množství minulé elektřiny a doba jejího působení umožňují zjistit, kolik gramů vody bylo rozloženo.
K tomu lze použít vzorec:
Gramy vody = (2 gramy vodíku * molární hmotnost vody) / (2 moly vodíku * 1,602 * 10^-19 Cl / mol)
Kde molární hmotnost vody je 18 gramů a elementární náboj je 1,602 * 10^-19 Cl/mol.
Pokud tedy znáte množství minulé elektřiny a dobu jejího působení, můžete přesně vypočítat množství rozložené vody.
Kolik gramů vody se rozložilo při působení elektrického proudu?
K určení množství gramů vody, které se rozložily při působení elektrického proudu, je třeba vzít v úvahu poměr s hmotností vodíku, který vzniká elektrolýzou vody.
Vodík a kyslík ve vodě jsou spojeny v poměru 2:1, takže pro každé 2 gramy vodíku vzniká 1 gram vody. Proto, když byly získány 2 gramy vodíku, byl rozložen 1 gram vody.
Při působení elektrického proudu a rozkladu 2 gramů vody se tak vytvoří 1 gram vody.