Hvordan lage vann fra hydrogen og oksygen
Toshiro Shimada / Getty Images
Vann er det vanlige navnet på dihydrogenmonoksid eller HtoO. Molekylet er produsert fra en rekke kjemiske reaksjoner, inkludert syntesereaksjonen fra dets elementer, hydrogen og oksygen. Den balanserte kjemiske ligningen for reaksjonen er:
2 Hto+ Oto→ 2 HtoO
Hvordan lage vann
I teorien er det lett å lage vann av hydrogengass og oksygengass. Bland de to gassene sammen, tilsett en gnist eller tilstrekkelig varme til å gi aktiveringsenergien for å starte reaksjonen, og presto—instant vann. Bare å blande de to gassene ved romtemperatur vil imidlertid ikke gjøre noe, som hydrogen- og oksygenmolekyler i luften ikke spontant danner vann.
Energi må tilføres for å bryte de kovalente bindingene som holder Htoog Otomolekyler sammen. Hydrogenkationene og oksygenanionene er da frie til å reagere med hverandre, noe de gjør på grunn av deres elektronegativitetsforskjeller. Når de kjemiske bindingene dannes på nytt for å lage vann, frigjøres ytterligere energi, som forplanter reaksjonen. Netto reaksjonen er svært eksotermisk , som betyr en reaksjon som er ledsaget av frigjøring av varme.
To demonstrasjoner
En vanlig kjemidemonstrasjon er å fylle en liten ballong med hydrogen og oksygen og å berøre ballongen - på avstand og bak et sikkerhetsskjold - med en brennende skinne. En sikrere variant er å fylle en ballong med hydrogengass og å tenne ballongen i luften. Det begrensede oksygenet i luften reagerer for å danne vann, men i en mer kontrollert reaksjon.
Enda en enkel demonstrasjon er å boble hydrogen inn i såpevann for å danne hydrogengassbobler. Boblene flyter fordi de er lettere enn luft. En langskaftet lighter eller brennende skinne i enden av en meterstokk kan brukes til å antenne dem for å danne vann. Du kan bruke hydrogen fra en komprimert gasstank eller fra noen av flere kjemiske reaksjoner (f.eks. reagere syre med metall).
Uansett hvordan du reagerer, er det best å bruke hørselvern og holde en trygg avstand fra reaksjonen. Start i det små, slik at du vet hva du kan forvente.
Forstå reaksjonen
fransk kjemiker Antoine Laurent Lavoisier kalt hydrogen, gresk for 'vanndannende', basert på dets reaksjon med oksygen, et annet element kalt Lavoisier, som betyr 'syreprodusent.' Lavoisier var fascinert av forbrenningsreaksjoner. Han utviklet et apparat for å danne vann fra hydrogen og oksygen for å observere reaksjonen. I hovedsak brukte oppsettet hans to klokkeglass - en for hydrogen og en for oksygen - som ble matet inn i en separat beholder. En gnistmekanisme satte i gang reaksjonen og dannet vann.
Du kan konstruere et apparat på samme måte så lenge du er nøye med å kontrollere strømningshastigheten av oksygen og hydrogen slik at du ikke prøver å danne for mye vann på en gang. Du bør også bruke en varme- og støtbestandig beholder.
Oksygens rolle
Mens andre forskere på den tiden var kjent med prosessen med å danne vann fra hydrogen og oksygen, oppdaget Lavoisier oksygenets rolle i forbrenning. Studiene hans motbeviste til slutt flogistonteorien, som hadde foreslått at et ildlignende element kalte flogiston ble frigjort fra materie under forbrenning.
Lavoisier viste at en gass må ha masse for at forbrenning skal skje og at massen ble bevart etter reaksjonen. Å reagere hydrogen og oksygen for å produsere vann var en utmerket oksidasjonsreaksjon å studere fordi nesten all vannmassen kommer fra oksygen.
Hvorfor kan vi ikke bare lage vann?
EN 2006-rapport fra FN anslått at 20 prosent av menneskene på planeten ikke har tilgang til rent drikkevann. Hvis det er så vanskelig å rense vann eller avsalte sjøvann, lurer du kanskje på hvorfor vi ikke bare lager vann fra elementene. Grunnen? Med et ord – BOM!
Å reagere hydrogen og oksygen er i utgangspunktet å brenne hydrogengass, bortsett fra at du i stedet for å bruke den begrensede mengden oksygen i luften, mater ilden. Under forbrenning tilsettes oksygen til et molekyl, som produserer vann i denne reaksjonen. Forbrenning frigjør også mye energi. Varme og lys produseres så raskt at en sjokkbølge utvider seg utover.
I utgangspunktet har du en eksplosjon. Jo mer vann du lager på en gang, jo større eksplosjon. Det fungerer for oppskyting av raketter, men du har sett videoer der det gikk fryktelig galt. Hindenburg-eksplosjonen er et annet eksempel på hva som skjer når mye hydrogen og oksygen kommer sammen.
Så vi kan lage vann fra hydrogen og oksygen, og det gjør ofte kjemikere og lærere - i små mengder. Det er ikke praktisk å bruke metoden i stor skala på grunn av risikoen og fordi det er mye dyrere å rense hydrogen og oksygen for å mate reaksjonen enn det er å lage vann ved hjelp av andre metoder, for å rense forurenset vann eller å kondensere vanndamp fra luften.