Elektrolisis air adalah penguraian air (H2O) menjadi oksigen (O2) dan gas hidrogen (H2) karena adanya arus listrik yang melewati air.
Awal
Sumber tenaga listrik dihubungkan dengan dua elektroda, atau dua pelat (biasanya terbuat dari logam inert seperti platina atau baja tahan karat) yang ditempatkan di dalam air. Dalam sel yang dirancang dengan baik, hidrogen muncul di katoda (elektroda bermuatan negatif, di mana elektron memasuki air), dan oksigen akan muncul di anoda (elektroda bermuatan positif).
Dengan asumsi efisiensi ideal Faradai, jumlah hidrogen yang dihasilkan adalah dua kali jumlah mol oksigen, dan keduanya sebanding dengan total muatan listrik yang dibawa oleh larutan. Namun, dalam banyak sel, reaksi sekunder dominan bersaing, menghasilkan produk yang berbeda dan efisiensi faradaik yang kurang ideal.
Elektrolisis air murni membutuhkan energi berlebih berupa lonjakan untuk mengatasi aktivasi berbagai hambatan. Tanpa kelebihan energi elektrolisis air murni terjadi sangat lambat atau tidak sama sekali. Hal ini sebagian disebabkan oleh terbatasnya ionisasi diri air. Air murni memiliki konduktivitas listrik mendekati sepersejuta air laut. Banyak sel elektrolitik juga mungkin kekurangan elektrokatalis yang diperlukan. Efisiensi elektrolisis ditingkatkan melalui penambahan elektrolit (seperti garam, asam atau basa) dan penggunaan elektrokatalis.
Saat ini, proses elektrolitik jarang digunakan dalam aplikasi industri karena hidrogen dapat diproduksi dengan lebih terjangkau berkat bahan bakar fosil.
Sejarah
Jan Rudolph Deiman dan Paets Adriaan van Troostwijk menggunakan mesin elektrostatik untuk menghasilkan listrik pada tahun 1789, yang dikeluarkan pada elektroda emas dalam botol Leyden dengan air. Pada tahun 1800, Alessandro Volta menemukan baterai volta, beberapa minggu kemudian William Nicholson dan Anthony Carlisle menggunakannya untuk elektrolisis air. Ketika Zénobe Gramme menemukan mesin Gramme pada tahun 1869, elektrolisis air menjadi metode produksi hidrogen yang murah. Sebuah metode sintesis industri hidrogen dan oksigen dengan elektrolisis dikembangkan oleh Dmitry Lachinov pada tahun 1888.
persamaan
Dalam air katoda bermuatan negatif, reaksi reduksi terjadi, dengan elektron (e -) dari katoda melepaskan kation hidrogen untuk membentuk gas hidrogen (setengah-reaksi seimbang asam):
Reduksi di katoda: 2 H + (aq) + 2e – → H 2 (g)
Dalam anoda bermuatan positif, oksidasi menghasilkan reaksi, pembangkitan gas oksigen dan memberikan elektron menuju anoda untuk menyelesaikan rangkaian:
Anoda (oksidasi): 2 H 2 O (l) → O 2 (g) + 4 H + (aq) + 4e –
Reaksi juga dapat disetarakan dengan basa yang tercantum di bawah ini. Tidak semua reaksi medium perlu diseimbangkan dengan asam atau basa. Banyak yang melakukan seperti oksidasi atau reduksi air tercantum di sini.
Katoda (reduksi): 2 H 2 O (l) + 2e – → H 2 (g) + 2 OH – (aq)
Anoda (oksidasi): 2 H 2 O (l) → O 2 (g) + 4 H + (aq) + 4 e –