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Wasserelektrolyse


Aufspaltung von Wasser mit Strom


Basiswissen


2H₂O → Elektrolyse → 2H₂ + O₂ - das ist die Gesamtreaktionsgleichung der Elektrolyse von Wasser. Elektrolyse heißt, dass man Wassermoleküle mit Hilfe elektrischer Energie in Wasserstoff- und Sauerstoffgas zerlegt. Das ist hier näher erklärt.

Einfachst mögliche Wasserelektrolyse


In ein Glas Leitungswasser gibt man etwas Essigessenz, Natriumsulfat - beides frei käufliche Nahrungsmittel - oder einen anderen geeigneten Elektrolyten. Dann hängt man zwei beidseitig angespitzte Bleistifte in die Flüssigkeit. Einen Stift schließt man an den Minuspol einer Spannungsquelle an, den anderen an den Pluspol. Man legt dann eine Spannung von etwa 9 bis 12 Volt an. An einem Stift steigen gut erkennbar Wasserstoffblasen auf, am anderen - etwas weniger intensiv - Sauerstoffblasen.

Elektrolyse mit Salzwasser


Auch mit Salzwasser, etwa Meerwasser, kann man eine Elektrolyse durchführen. Dabei wird das Wasser zerlegt und es entstehen Natriumhypochlorit (NaOCl) sowie Wasserstoff. Aus dem Natriumhypochlorit entstehen dann kleinere Mengen Chlor. Da Chlor giftig ist, ist dieses Verfahren aber für eine Lernwerkstatt nicht geeignet.Industriell eingesetzt wird es unter der Bezeichnung Elektrochlorierung, etwa um Chlor als Biozid für die Reinung von Rohren mit Seewasser zu benutzen. Siehe dazu als Anwendungsbeispiel LNG-Terminal Wilhelmshaven ↗

Elektroden



Reaktionsgleichung



Legende



Wie viel Energie benötigt die Wasserelektrolyse?


285,83 kJ/mol für flüssiges Wasser bei 298 Kelvin (etwa Raumtemperatur); liegt das Wasser als Dampf vor, sind auch geringere Werte möglich. Ein Mol entsprechen 18 Gramm Wasser. Somit benötigt man zur Spaltung von einem Kilogramm Wasser rund 15879 kJ oder etwa 15,879 Megajoule. Für einen Vergleich siehe auch unter Megajoule ↗

Welche Rolle spielen zugesetzte Elektrolyten?


Legt man mit Elektroden eine elektrische Spannung an reines destilliertes Wasser an setzt eine Spaltung von Wassermolekülen in einem sehr geringen Umfang ein[1]. Gibt man aber einen Stoff wie zum Beispiel Natriumsulfat hinzu steigt die Produktionsleistung mehr oder minder linear an. Eine wichtige Einflussgröße scheint der Abstand der in den Wassermolekülen gebundenen Wasserstoffatome an die negative Elektrode zu sein. Durch die Zugabe von zum Beispiel Natriumsulfat enstehen positive Ionen. Diese Ionen werden von Wassermolekülen umgeben, einer sogenannten Hydrathülle. In solche Gebilden befinden sich unter dem Strich mehr Wasserstoffatome in Wassermolekülen nahe an der Kathode als in Strukturen, die nur aus Wassermolekülen selbst entstehen.[4]

Graphitelektroden



Metallelektroden



Einfache Versuche zur Wasserelektrolyse


Um einfache und ungefährliche Versuche zur Wasserelektrolyse und zur Herstellung von Wasserstoff zu machen eignet sich Natriumsulfat als Elektrolyt. Der Stoff ist als Lebensmittel zugelassen und gilt als ungefährlich:


Wasserelektrolyse und schweres Wasser


Als schwer bezeichnet man Wasser, bei dem der Wasserstoff nicht wie üblicherweise im Atomkern nur ein Proton aber keine Neutronen hat, sondern zusätzlich zum Proton noch genau ein Neutron. Schweres Wasser dient unter anderem als sogenanter Moderator in Atomkraftwerken. Da nur wenige Moleküle in Wasser schweres Wasser sind, muss man versuchen, diese schweren Moleküle von den leichten zu trennen. Eine Möglichkeit dazu ist die Wasserelektrolyse: die normalen Wassermoleküle zersetzen sich schneller als die Moleküle schweren Wassers. Damit reichert sich das schwere Wasser vom Anteil her im Wasser umso mehr an, je länger man die Elektrolyse laufen lässt. Siehe auch schweres Wasser ↗

Fußnoten




Oben: Gunter Heim