水的电解是通过施加电流将水分解成其基本成分。随着它们的进行，氢和分子氧H 2和O 2在两个惰性表面上形成。这两个表面以电极的名称为人所熟知。
从理论上讲，形成的H 2的体积应为O 2的两倍。为什么？因为水分子的H / O比等于2，即每个氧两个H。这种关系直接用其化学式H 2 O 验证。但是，许多实验因素影响所获得的体积。
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如果在浸没在水中的管内进行电解（上图），则水的下栏对应于氢气，因为有更多的气体在液体表面施加压力。气泡围绕电极，并在克服水蒸气压后最终上升。
注意，管子彼此分开的方式使得气体从一个电极到另一个电极的迁移很小。在小范围内，这并不意味着即将发生的风险；但是在工业规模上，H 2和O 2的气体混合物非常危险且易爆。
因此，进行水电解的电化学电池非常昂贵。他们需要确保气体永不混合的设计和元素，具有成本效益的电源，高浓度的电解质，特殊的电极（电催化剂）以及存储产生的H 2的机制。
电催化剂代表着摩擦，同时也代表了水电解的利润。一些由贵金属氧化物组成，例如铂和铱，它们的价格很高。在这一点上，特别是研究人员共同设计高效，稳定和廉价的电极。
这些努力的原因是为了加速O 2的形成，与H 2相比，其发生率更低。一般说来，由形成O 2的电极引起的这种减慢带来的结果是，施加的电势远高于所需的电势（过电势）。这等于降低性能并增加费用。
电解反应
水的电解涉及许多复杂的方面。但是，总的来说，其依据是简单的全球反应：
2H 2 O（l）=> 2H 2（g）+ O 2（g）
从等式中可以看出，涉及到两个水分子：一个通常必须被还原或获得电子，而另一个必须被氧化或失去电子。
ħ 2是水的还原的产物，因为电子的增益提升，在H +质子可以共价结合，并且所述氧气被转化为OH - 。因此，在发生还原的电极即阴极处产生H 2。
虽然O 2来自水的氧化，但由于O 2失去了使它与氢结合的电子，因此释放出H +质子。O 2在阳极发生氧化，在阳极发生氧化。而且与其他电极不同，阳极周围的pH呈酸性而不是碱性。
半电池反应
对于半电池反应，可以用以下化学方程式来总结：
2H 2 O + 2e中- =>ħ 2 + 2OH - （阴极，碱性）
2H 2 O => 0 2 + 4H + + 4e的- （阳极，酸）
然而，水不能失去更多的电子（4E - ）比其它水分子增益在阴极（2E -）; 因此，第一个方程式必须乘以2，然后用第二个方程式减去以得出净方程式：
2（2H 2 O + 2e中- =>ħ 2 + 2OH -）
2H 2 O => 0 2 + 4H + + 4e中-
6H 2 O => 2H 2 + O 2 + 4H + + 4OH -
但4H +和4OH -形式4H 2 O，所以它们消除六个H的4 2个 ö 分子，留下两个; 结果就是刚才概述的全球反应。
半电池反应会随着pH值，技术的变化而变化，并且还具有相关的还原或氧化电位，这决定了需要提供多少电流来自发进行电解水。
处理
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上图显示了霍夫曼电压表。气缸通过中间喷嘴充满水和选定的电解质。这些电解质的作用是增加水的导电性，因为在正常情况下也有极少数^ h 3 Ò +和OH- 离子-自我电离的产品。
这两个电极通常由铂制成，尽管在图像中它们被碳电极所代替。两者都连接到电池，通过电池施加电势差（ΔV）来促进水的氧化（形成O 2）。
电子行进的整个电路，直到它们到达另一电极，其中，所述水胜他们交给和变为H 2和OH - 。至此，已经定义了阳极和阴极，可以通过水柱的高度来区分它们。高度最低的一个对应于阴极，在此处形成H 2。
在气瓶的上部，有钥匙可以释放产生的气体。H 2的存在可以通过与火焰反应来仔细检查，火焰燃烧产生气态水。
技巧
水电解技术取决于要产生的H 2和O 2的量而变化。如果将两种气体混合在一起，则将非常危险，这就是为什么电解池要进行复杂的设计以最大程度地降低气体压力的增加及其在水介质中的扩散。
而且，技术取决于电池，添加到水中的电解质以及电极本身而变化。另一方面，有些暗示该反应在较高的温度下进行，从而减少了电力消耗，而另一些暗示使用巨大的压力来保持H 2的存储。
在所有技术中，可以提及以下三种：
用碱性水电解
电解用碱金属（KOH或NaOH）的碱性溶液进行。使用这种技术，反应发生：
4H 2 O（1）+ 4E - => 2H 2（克）+ 4OH - （水溶液）
4OH - （水溶液）=> 0 2（克）+ 2H 2 O（1）+ 4E -
可以看出，无论在阴极还是在阳极，水都具有碱性pH。并且另外，所述OH -迁移向阳极在那里它们被氧化至O 2。
高分子电解质膜电解
在该技术中，使用固体聚合物作为膜，该膜可渗透H +但不能渗透气体。这确保了电解过程中的更大安全性。
这种情况下的半电池反应是：
4H +（水溶液）+ 4e - => 2H 2（克）
2H 2 O（1）=> 0 2（克）+ 4H +（水溶液）+ 4e中-
H +离子从阳极迁移到阴极，在阴极被还原为H 2。
固体氧化物电解
与其他技术非常不同，该技术使用氧化物作为电解质，在高温（600-900ºC）下可作为传输O 2-阴离子的手段。
反应是：
2H 2 O（克）+ 4e - => 2H 2（g）+ 2O 2-
2O 2- => 0 2（克）+ 4E -
请注意，这次是氧化阴离子O 2-到达阳极。
水的电解作用是什么？
水的电解产生H 2（g）和O 2（g）。世界上大约有5％的氢气是通过电解水产生的。
H 2是NaCl水溶液电解的副产物。盐的存在通过增加水的电导率来促进电解。
发生的总体反应是：
2NaCl + 2H 2 O => Cl 2 + H 2 + 2NaOH
为了理解该反应的重要性，将提及气态产物的一些用途。因为归根结底，这些都是推动开发新方法以更有效和绿色的方式实现水电解的方法。
在所有这些电池中，最需要的是充当可替代燃烧化石燃料使用的电池。
氢气生产及其用途
-电解过程中产生的氢气可用于化学工业中，用于成瘾反应，加氢过程或还原过程中的还原剂。
-在某些具有商业重要性的行动中也很重要，例如：盐酸，过氧化氢，羟胺等的生产。它通过与氮的催化反应参与氨的合成。
-与氧气结合使用时，会产生高热量的火焰，温度范围在3,000至3500 K之间。这些温度可用于金属行业的切割和焊接，合成晶体的生长，石英的生产等。 。
-水处理：通过消除生物反应器中的硝酸盐含量可以降低水中的硝酸盐含量，在生物反应器中细菌利用氢作为能源
-氢参与塑料，聚酯和尼龙的合成。另外，它是玻璃生产的一部分，增加了烘烤过程中的燃烧。
-与许多金属的氧化物和氯化物发生反应，其中包括：银，铜，铅，铋和汞，可生产纯金属。
-此外，它还用作火焰检测器色谱分析中的燃料。
作为调试方法
氯化钠溶液的电解用于净化游泳池水。在电解过程中，氢在阴极产生，氯（Cl 2）在阳极产生。在这种情况下，电解被称为盐氯化器。
氯溶于水形成次氯酸和次氯酸钠。次氯酸和次氯酸钠对水消毒。
作为氧气供应
水的电解还用于在国际空间站上产生氧气，从而维持该站的氧气气氛。
氢可用于燃料电池，一种存储能量的方法，并使用电池中产生的水供宇航员消耗。
家庭实验
已经使用霍夫曼电压表或允许容纳电化学电池的所有必要元素的另一组件在实验室规模进行了水电解实验。
在所有可能的组件和设备中，最简单的可能是一个大型透明水容器，它将用作一个单元。除此之外，任何金属或导电表面都必须在手边才能起电极的作用。一个用于阴极，另一个用于阳极。
为此，即使两端都带有尖锐的石墨笔尖的铅笔也可能有用。最后，是一个小电池和一些将其连接到简易电极的电缆。
如果不在透明容器中进行，则不会形成气泡。
主变量
尽管电解水是一个主题，对于那些寻找替代能源的人来说，它包含许多有趣且充满希望的方面，但是家庭实验对于孩子和其他旁观者来说可能很无聊。
因此，可以通过交替某些变量并注意变化来施加足够的电压以生成H 2和O 2。
第一个是水的pH值变化，使用醋酸化水，或使用Na 2 CO 3稍微碱化水。观察到的气泡数必须发生变化。
此外，可以用冷热水重复相同的实验。这样，可以考虑温度对反应的影响。
最后，为使数据收集少一些无色，可以使用非常稀的紫甘蓝汁溶液。这种果汁是天然来源的酸碱指示剂。
将其添加到带有插入电极的容器中，将会注意到，在阳极，水将变成粉红色（酸性），而在阴极，水将变为黄色（碱性）。
参考文献
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