การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า : ประจุไฟฟ้าเท่าใด ได้แก๊สเท่าใด

ทำไมต้องเติมโซเดียมซัลเฟต

น้ำบริสุทธิ์มีไอออนน้อยมากจึงนำไฟฟ้าได้แย่ เติมโซเดียมซัลเฟตเล็กน้อยให้มีไอออน Na⁺ และ SO₄²⁻ พาประจุในสารละลาย ไอออนทั้งสองไม่ถูกแยกที่ขั้วไฟฟ้า เพราะน้ำรับและให้อิเล็กตรอนได้ง่ายกว่า แก๊สที่ได้จึงมาจากน้ำ

แต่ละขั้วรับหรือให้อิเล็กตรอนเท่าไร

แคโทดต่อกับขั้วลบ น้ำรับอิเล็กตรอน 2 ตัวได้ไฮโดรเจน 1 โมเลกุล แอโนดต่อกับขั้วบวก น้ำให้อิเล็กตรอน 4 ตัวได้ออกซิเจน 1 โมเลกุล อิเล็กตรอนที่ไหลผ่านวงจรเท่ากันทั้งสองขั้ว ไฮโดรเจนจึงเกิดเป็น 2 เท่าของออกซิเจนเสมอ ตรงกับสมการรวม 2H₂O → 2H₂ + O₂

จากประจุไฟฟ้าถึงจำนวนโมล

ประจุ Q = It อิเล็กตรอน 1 โมลมีประจุ 96,485 C (ค่าคงตัวฟาราเดย์ F) จำนวนโมลอิเล็กตรอน = Q ÷ F จึงได้ n(H₂) = Q ÷ 2F และ n(O₂) = Q ÷ 4F กราฟปริมาตรกับประจุจึงเป็นเส้นตรงผ่านจุดกำเนิด ไม่ว่าจะใช้กระแสเท่าใด

กระแสมากขึ้น แก๊สเกิดเร็วขึ้น แต่ประจุเท่ากันได้แก๊สเท่ากันเสมอ ลองใช้ 0.2 A กับ 1.0 A แล้วบันทึกที่ Q ใกล้กัน

จากจำนวนโมลถึงปริมาตร

ที่ 25 °C และ 1 atm แก๊ส 1 โมลมีปริมาตร 24.47 dm³ ตัวอย่าง 0.5 A นาน 10 นาที ได้ Q = 300 C, n(H₂) = 300 ÷ (2 × 96,485) = 1.55 × 10⁻³ mol, V(H₂) = 1.55 × 10⁻³ × 24.47 = 0.0380 dm³ = 38.0 cm³ และ O₂ = 19.0 cm³

ในห้องเรียนจริงและข้อจำกัดของแบบจำลอง

ช่วงแรกออกซิเจนจะน้อยกว่าครึ่งหนึ่งเล็กน้อย เพราะออกซิเจนละลายน้ำได้มากกว่าไฮโดรเจน แก๊สในหลอดยังมีไอน้ำปน และความดันของลำน้ำในหลอดกลางทำให้แก๊สถูกอัดเล็กน้อย แบบจำลองนี้ไม่คิดผลเหล่านี้ และแรงดันบนจอแหล่งจ่ายเป็นแบบจำลองอย่างง่าย (2.1 V + 16 Ω × I)

ทดสอบแก๊ส: เปิดก๊อกหลอดซ้ายจ่อไม้ขีดไฟ ไฮโดรเจนติดไฟมีเสียงดังป๊อก เปิดก๊อกหลอดขวาจ่อธูปที่ลุกเป็นถ่านแดง ออกซิเจนทำให้ลุกเป็นเปลว ไฮโดรเจนติดไฟง่าย ให้ครูเป็นผู้ทดสอบ