الکترولیز آب فرآیندی است که از جریان الکتریکی برای شکستن مولکول های آب به گاز هیدروژن و اکسیژن استفاده می کند. این فرآیند معمولاً در کاربردهای مختلفی از جمله تولید سوخت هیدروژن و سنتز شیمیایی استفاده می شود. برای کمک به درک مراحل مربوط به الکترولیز آب،

مرحله 1: مواد را جمع آوری کنید قبل از شروع فرآیند الکترولیز، مواد لازم را جمع آوری کنید. شما به یک منبع تغذیه (مانند باتری یا منبع تغذیه)، دو الکترود (معمولاً فلزی)، دو ظرف برای نگهداری آب، سیم برای اتصال الکترودها به منبع تغذیه و آب مقطر نیاز دارید.

مرحله 2: راه اندازی دستگاه الکترولیز دو ظرف را با آب مقطر پر کنید. هر ظرف را در کنار هم قرار دهید، مطمئن شوید که به اندازه کافی نزدیک هستند تا الکترودها به هر دو برسند. یک الکترود را در هر ظرف قرار دهید، مطمئن شوید که آنها با یکدیگر تماس ندارند.

مرحله 3: الکترودها را به منبع برق وصل کنید دو سیم بردارید و یک سر هر سیم را به هر الکترود وصل کنید. سرهای دیگر سیم ها را به منبع برق وصل کنید. مطمئن شوید که ترمینال مثبت منبع تغذیه را به یک الکترود و ترمینال منفی را به الکترود دیگر وصل کرده اید.

مرحله 4: اقدامات احتیاطی را رعایت کنید ایمنی هنگام کار با برق و مواد شیمیایی بسیار مهم است. اطمینان حاصل کنید که از وسایل حفاظتی مناسب مانند دستکش و عینک استفاده می کنید. در یک منطقه با تهویه مناسب کار کنید، زیرا ممکن است گاز هیدروژن در طول الکترولیز تولید شود.

مرحله 5: منبع تغذیه را روشن کنید هنگامی که همه چیز تنظیم شد و اقدامات احتیاطی انجام شد، منبع برق را روشن کنید. جریان الکتریکی از مدار شروع به جریان می کند و شروع به الکترولیز می کند.

مرحله 6: نظارت بر تولید گاز با پیشرفت الکترولیز، حباب های گازی را مشاهده خواهید کرد که در الکترودها تشکیل می شوند. این حباب ها گاز هیدروژن در الکترود منفی (کاتد) و گاز اکسیژن در الکترود مثبت (آند) هستند.

مرحله 7: جمع آوری گازها برای جمع آوری گازها می توانید از روش های مختلفی استفاده کنید. یکی از روش‌های رایج، قرار دادن یک لوله آزمایش یا شیشه معکوس روی هر الکترود است که به گاز اجازه می‌دهد آب را جابجا کند و در ظرف جمع شود.

مرحله 8: تعادل واکنش الکترولیز معادله متعادل برای الکترولیز آب 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g) است. با جمع آوری و اندازه گیری حجم گاز تولید شده در هر الکترود، می توانید از حفظ استوکیومتری واکنش اطمینان حاصل کنید.

مرحله 9: شرایط الکترولیز را تنظیم کنید برای بهینه‌سازی فرآیند الکترولیز، می‌توانید چندین پارامتر را تنظیم کنید. اینها شامل ولتاژ اعمال شده، فاصله بین الکترودها، غلظت الکترولیت (در صورت استفاده)، و مدت زمان الکترولیز است.

مرحله 10: اطمینان از تداوم منبع تغذیه منبع تغذیه ثابت را در طول فرآیند الکترولیز حفظ کنید. نوسانات ولتاژ یا قطع برق ممکن است بر راندمان و قابلیت اطمینان تولید گاز تأثیر بگذارد.

مرحله 11: سطح آب را کنترل کنید سطح آب هر دو ظرف را به صورت دوره ای بررسی کنید. همانطور که الکترولیز ادامه می یابد، آب مصرف می شود، بنابراین اضافه کردن آب مقطر در صورت نیاز برای حفظ سطح ثابت ضروری است.

مرحله 12: منبع تغذیه را خاموش کنید و پاکسازی کنید هنگامی که آزمایش الکترولیز خود را کامل کردید یا به نتایج دلخواه خود رسیدید، منبع برق را خاموش کنید. الکترودها را با احتیاط از ظروف جدا کرده و آنها را کاملا تمیز کنید. مواد شیمیایی باقیمانده را با خیال راحت دور بریزید.

در اینجا چند نکته اضافی وجود دارد که باید هنگام الکترولیز آب به خاطر داشته باشید:

1. از آب مقطر برای جلوگیری از ناخالصی هایی که ممکن است در فرآیند الکترولیز اختلال ایجاد کنند، استفاده کنید.
2. الکترودهای مناسب مانند پلاتین، گرافیت، یا فولاد ضد زنگ را انتخاب کنید.
3. اگر از منبع تغذیه استفاده می‌کنید، مطمئن شوید که می‌تواند ولتاژ و جریان مورد نیاز را ارائه دهد.
4. مساحت سطح الکترودها را برای افزایش تولید گاز افزایش دهید.
5. در صورت لزوم، یک الکترولیت (مانند نمک یا اسید سولفوریک) برای افزایش رسانایی اضافه کنید.
6. از ولت متر و آمپرمتر برای نظارت بر ولتاژ و جریان در طول الکترولیز استفاده کنید.
7. از ازدحام بیش از حد الکترودها در ظروف خودداری کنید، زیرا ممکن است منجر به تولید گاز ناکارآمد شود.
8. آب را در طول الکترولیز به آرامی هم بزنید تا اختلاط و تکامل گاز بهتر شود.
9. دمای راه‌اندازی الکترولیز را ثابت نگه دارید، زیرا تغییرات دما می‌تواند بر نرخ تولید گاز تأثیر بگذارد.
10. اطمینان حاصل کنید که ظروف مورد استفاده برای الکترولیز از نظر شیمیایی مقاوم بوده و باگازهای تولید شده.
11. ظروف را به وضوح برای تمایز بین گازهای هیدروژن و اکسیژن جمع آوری شده برچسب بزنید.
12. همیشه با احتیاط از گاز هیدروژن استفاده کنید، زیرا بسیار قابل اشتعال است و می تواند با هوا مخلوط های انفجاری ایجاد کند.

این مراحل و نکات باید درک جامعی از نحوه الکترولیز آب به طور موثر و ایمن به شما ارائه دهد.

منابع : 

1. انجمن سلطنتی شیمی - انجمن سلطنتی شیمی اطلاعات قابل اعتمادی در مورد فرآیندهای شیمیایی مختلف از جمله الکترولیز ارائه می دهد. انتشارات و وب سایت آنها توضیحات و دستورالعمل های عمیقی برای آزمایش های علمی ارائه می دهد.
2. انجمن شیمی آمریکا - انجمن شیمی آمریکا منبع معتبری برای اطلاعات در مورد واکنش ها و فرآیندهای شیمیایی است. مجلات و انتشارات آنها طیف گسترده ای از موضوعات مرتبط با الکترولیز و سایر پدیده های شیمیایی را پوشش می دهند.
3. ScienceDirect - ScienceDirect یک پلت فرم آنلاین است که میزبان مقالات علمی متعددی از رشته های مختلف است. این شامل مقالاتی از مجلات مشهور در شیمی، فیزیک و مهندسی است که آن را به منبعی ارزشمند برای درک الکترولیز و موضوعات مرتبط تبدیل می‌کند.