Jak zrobić wodę z wodoru i tlenu?

Toshiro Shimada / Getty Images

Woda to powszechna nazwa tlenek diwodoru lub H_dwaO. Cząsteczka powstaje w wyniku licznych reakcji chemicznych, w tym reakcji syntezy z jej pierwiastków, wodoru i tlenu. Zrównoważone równanie chemiczne dla reakcji to:

2 godz_dwa+ O_dwa→ 2 godz_dwaO

Jak zrobić wodę

Teoretycznie łatwo jest zrobić wodę z wodór i gazowy tlen. Zmieszaj oba gazy razem, dodaj iskrę lub wystarczającą ilość ciepła, aby zapewnić energię aktywacji, aby rozpocząć reakcję i presto — natychmiastową wodę. Jednak samo zmieszanie dwóch gazów w temperaturze pokojowej nic nie da, tak jak cząsteczki wodoru i tlenu w powietrzu nie tworzą samoistnie wody.

Energia musi być dostarczona, aby zerwać wiązania kowalencyjne, które utrzymują H_dwai O_dwacząsteczki razem. Kationy wodorowe i aniony tlenu mogą wtedy swobodnie reagować ze sobą, co robią ze względu na różnice elektroujemności. Kiedy wiązania chemiczne przekształcają się w wodę, uwalniana jest dodatkowa energia, która propaguje reakcję. Reakcja netto to wysoce egzotermiczny , co oznacza reakcję, której towarzyszy uwolnienie ciepła.

Dwie demonstracje

Jedną z powszechnych demonstracji chemicznych jest napełnienie małego balonu wodorem i tlenem oraz dotknięcie balonu – z daleka i za osłoną bezpieczeństwa – płonącą szyną. Bezpieczniejszą odmianą jest napełnienie balonu gazowym wodorem i zapalenie balonu w powietrzu. Ograniczony tlen w powietrzu reaguje, tworząc wodę, ale w bardziej kontrolowanej reakcji.

Jeszcze inną łatwą demonstracją jest przepuszczanie wodoru do wody z mydłem w celu wytworzenia pęcherzyków gazowego wodoru. Bąbelki unoszą się, ponieważ są lżejsze od powietrza. Zapalniczka z długim uchwytem lub płonąca szyna na końcu metrowego kija może być użyta do zapalenia ich, aby utworzyć wodę. Możesz użyć wodoru ze zbiornika sprężonego gazu lub z dowolna z kilku reakcji chemicznych (np. reakcja kwasu z metalem).

Jakkolwiek reagujesz, najlepiej nosić nauszniki i zachować bezpieczną odległość od reakcji. Zacznij od małych rzeczy, abyś wiedział, czego się spodziewać.

Zrozumienie reakcji

Francuski chemik Antoine Laurent Lavoisier nazwał wodór, po grecku „tworzący wodę”, w oparciu o jego reakcję z tlenem, inny pierwiastek nazwany przez Lavoisiera, co oznacza „producent kwasu”. Lavoisiera fascynowały reakcje spalania. Opracował aparat do wytwarzania wody z wodoru i tlenu do obserwacji reakcji. Zasadniczo jego konfiguracja wykorzystywała dwa słoiki dzwonowe – jeden na wodór i jeden na tlen – które były podawane do osobnego pojemnika. Mechanizm iskrzący zainicjował reakcję, tworząc wodę.

Możesz skonstruować aparat w ten sam sposób, o ile uważasz na kontrolowanie szybkości przepływu tlenu i wodoru, aby nie próbować tworzyć zbyt dużo wody na raz. Powinieneś również użyć pojemnika odpornego na ciepło i wstrząsy.

Rola tlenu

Podczas gdy inni naukowcy tamtych czasów znali proces tworzenia wody z wodoru i tlenu, Lavoisier odkrył rolę tlenu w spalaniu. Jego badania ostatecznie obaliły teorię flogistonu, która proponowała, że ​​element podobny do ognia nazywa się flogiston został uwolniony z materii podczas spalania.

Lavoisier wykazał, że gaz musi mieć masę, aby nastąpiło spalanie i że masa została zachowana po reakcji. Reakcja wodoru i tlenu w celu wytworzenia wody była doskonałą reakcją utleniania do zbadania, ponieważ prawie cała masa wody pochodzi z tlenu.

Dlaczego nie możemy po prostu zrobić wody?

A Raport ONZ z 2006 r. Szacuje, że 20 procent ludzi na świecie nie ma dostępu do czystej wody pitnej. Jeśli tak trudno jest oczyścić wodę lub odsalać wodę morską, możesz się zastanawiać, dlaczego nie wytwarzamy wody tylko z jej elementów. Powód? Jednym słowem – BUM!

Reagowanie wodoru i tlenu to w zasadzie spalanie gazowego wodoru, z wyjątkiem tego, że zamiast używać ograniczonej ilości tlenu w powietrzu, podsycasz ogień. Podczas spalania do cząsteczki dodawany jest tlen, który w tej reakcji wytwarza wodę. Spalanie uwalnia również dużo energii. Ciepło i światło są wytwarzane tak szybko, że fala uderzeniowa rozszerza się na zewnątrz.

Zasadniczo masz eksplozję. Im więcej wody zrobisz na raz, tym większa eksplozja. Działa do wystrzeliwania rakiet, ale widziałeś filmy, w których poszło to strasznie źle. Eksplozja Hindenburga jest kolejnym przykładem tego, co dzieje się, gdy łączy się dużo wodoru i tlenu.

Możemy więc wytwarzać wodę z wodoru i tlenu, a chemicy i nauczyciele często to robią – w niewielkich ilościach. Stosowanie tej metody na dużą skalę jest niepraktyczne ze względu na ryzyko i ponieważ oczyszczenie wodoru i tlenu do zasilania reakcji jest znacznie droższe niż wytwarzanie wody innymi metodami, oczyszczanie zanieczyszczonej wody lub kondensacja pary wodnej z powietrza.