تولید آب از هیدروژن و اکسیژن | تولید آب از H2 و O2

چگونه H2O را از هیدروژن و اکسیژن تولید کنیم؟

در تئوری، ساختن مولکول آب (H₂O) از گازهای هیدروژن و اکسیژن بسیار ساده به نظر می‌رسد؛ کافی است دو گاز را با هم ترکیب کنید و با ایجاد یک جرقه یا افزودن گرمای کافی، انرژی فعال‌سازی واکنش را فراهم کنید تا فرایند آغاز شود — و در نتیجه، آب تشکیل گردد.

ترکیبات آب

آب به‌صورت فوری و صرفاً با مخلوط کردن دو گاز در دمای اتاق تشکیل نمی‌شود؛ همان‌طور که مولکول‌های هیدروژن و اکسیژن موجود در هوا نیز به‌صورت خودبه‌خودی با هم واکنش نمی‌دهند و آب تولید نمی‌کنند.

انرژی لازم برای شکستن پیوندهای کووالانسی که مولکول‌های H₂ و O₂ را کنار هم نگه می‌دارند، تأمین می‌شود. پس از آن، اتم‌های هیدروژن و اکسیژن آزاد شده و به‌دلیل تفاوت در الکترونگاتیوی خود با یکدیگر واکنش می‌دهند.

هنگامی‌که پیوندهای شیمیایی جدید برای تشکیل مولکول H₂O ایجاد می‌شوند، مقداری انرژی آزاد می‌گردد که باعث گسترش و تداوم واکنش می‌شود. واکنش کلی به‌شدت گرمازا (اُکسوترم) است.

نکته

یکی از نمایش‌های رایج شیمیایی، پر کردن یک بادکنک (کوچک) با مخلوطی از گازهای هیدروژن و اکسیژن است. سپس، بادکنک را از راه دور و پشت یک سپری محافظ، با استفاده از یک شعله‌ی کوچک (مانند نوک یک چوب کبریت داغ) لمس می‌کنند تا واکنش آغاز شود.

یک روش ایمن‌تر، پر کردن بادکنک با گاز هیدروژن و سپس سوزاندن آن در هوای آزاد است. در این حالت، اکسیژنِ موجود در هوا (که غلظت آن محدود است) با هیدروژن واکنش داده و آب تشکیل می‌دهد، اما این واکنش به شکل کنترل‌شده‌تری صورت می‌گیرد.

حباب هیدروژن

یکی دیگر از نمایش‌های رایج شیمیایی، دمیدن گاز هیدروژن در آب صابون برای ایجاد حباب‌های پر از هیدروژن است. این حباب‌ها به دلیل چگالی کمترشان نسبت به هوا، به سمت بالا شناور می‌شوند.

برای سوزاندن این حباب‌ها و تبدیل آن‌ها به آب، می‌توان از یک شعله‌ی کوچک (مانند فندک یا شمع) که در انتهای یک میله‌ی بلند قرار داده شده، استفاده کرد. در این آزمایش، گاز هیدروژن را می‌توان از مخازن گاز فشرده یا از طریق واکنش‌های شیمیایی مختلف (مانند واکنش اسید با فلز) به دست آورد.

صرف‌نظر از منبع تولید هیدروژن، همواره رعایت نکات ایمنی ضروری است: از گوش خود با محافظ گوش محافظت کنید و فاصله‌ی ایمن خود را از محل انجام واکنش حفظ نمایید. بهتر است آزمایش را در مقیاس کوچک شروع کنید تا با نحوه‌ی انجام واکنش و خطرات احتمالی آن آشنا شوید.

 

چگونه آب را از هیدروژن و اکسیژن تولید کنیم؟

شیمیدان برجسته‌ی فرانسوی، آنتوان لاوازیه (Antoine Laurent Lavoisier)، نام هیدروژن را که ریشه‌ی یونانی آن به معنای “آب‌ساز” است، بر اساس واکنش آن با اکسیژن (عنصر دیگری که لاوازیه نام‌گذاری کرد و به معنای “اسیدساز” است) ابداع کرد. لاوازیه علاقه‌ی ویژه‌ای به واکنش‌های احتراق داشت.

او دستگاهی را طراحی کرد تا بتواند H₂O (آب) را از واکنش هیدروژن و اکسیژن بسازد و خودِ واکنش را مشاهده کند. در اساس، دستگاه او شامل دو محفظه‌ی جداگانه (یکی برای هیدروژن و دیگری برای اکسیژن) بود که گازها را به یک مخزن مشترک هدایت می‌کردند. سپس، یک مکانیزم جرقه‌زن، واکنش بین این دو گاز را آغاز کرده و آب (H₂O) تشکیل می‌شد.

کاربرد

شما می توانید یک دستگاه را به همان شیوه ساخت کنید، تا زمانی که مراقب باشید جریان جریان اکسیژن و هیدروژن را کنترل کنید، بنابراین سعی نکنید H2O زیاد را یک بار (و از یک کانتینر مقاوم در برابر حرارت و شوک استفاده کنید).

تشکیل آب

در حالی که دیگر دانشمندان زمان با روند تشکیل آب از هیدروژن و اکسیژن آشنایی داشتند، لاووئیسیر کشف نقش اکسیژن در احتراق بود. مطالعات او در نهایت تئوری فلوژیستون را رد کرد، که یک عنصر آتش مانند فلوژیستون را از ماده در هنگام احتراق منتشر کرد.

Lavoisier نشان داد که گاز باید جرمی داشته باشد تا احتراق رخ دهد و جرم پس از واکنش حفظ شود. واکنش هیدروژن و اکسیژن برای تولید H2O واکنش اکسیداسیون عالی برای مطالعه بود زیرا تقریبا تمام جرم آب از اکسیژن می آید.

چرا ما نمیتوانیم آب تولید کنیم؟

گزارش سال 2006 سازمان ملل متحد حدود 20 درصد از مردم جهان را به آب آشامیدنی تمویل می کند. اگر آب تمیز یا آب شیرین H2O خیلی سخت است، ممکن است بدانید که چرا ما فقط از عناصر آن H2O را تولید نمی کنیم. دلیل؟ در یک کلمه … BOOM

اگر در مورد آن فکر نکنید، واکنش هیدروژن و اکسیژن اساسا سوختن گاز هیدروژن است، به جز استفاده از مقدار محدود اکسیژن در هوا، شما در حال تغذیه از آتش است. در طول احتراق، اکسیژن به یک مولکول اضافه می شود که در این واکنش H2O تولید می کند.

احتراق

احتراق همچنین مقدار زیادی انرژی را آزاد می کند. گرما و نور تولید می شود، به طوری که یک موج شوک به سرعت بیرون می رود. اساسا شما یک انفجار دارید H2O بیشتری را که در یک زمان ایجاد می کنید، انفجار بزرگتر است.

این برای پرتاب موشک کار می کند، اما شما ویدیو هایی دیده اید که در آن به طرز وحشیانه اشتباه گرفته شد. انفجار هندیبورگ مثال دیگری از آنچه اتفاق می افتد وقتی که مقدار زیادی هیدروژن و اکسیژن با هم همراه شوند اتفاق می افتد.

نتیجه گیری

بنابراین، ما می توانیم H2O را از هیدروژن و اکسیژن تولید کنیم، و در مقادیر کم، شیمیدانان و مربیان اغلب آن را انجام می دهند.

فقط استفاده از این روش در مقیاس وسیع به علت خطراتی نیست و به دلیل هزینه زیاد برای تمیز کردن هیدروژن و اکسیژن برای تغذیه واکنش نسبت به استفاده از آب با استفاده از روش های دیگر، پاک کردن آب آلوده یا صرفا بخار آب از هوا.