Hvordan lage vann fra hydrogen og oksygen

Vann er det vanlige navnet på dihydrogenmonoksid eller H₂O. Molekylet er produsert fra en rekke kjemiske reaksjoner, inkludert syntesereaksjonen fra dens elementer, hydrogen og oksygen. Den balanserte kjemiske ligningen for reaksjonen er:

2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

I teorien er det enkelt å lage vann fra hydrogengass og oksygengass. Bland de to gassene sammen, tilsett en gnist eller tilstrekkelig varme til å gi aktiveringsenergien for å starte reaksjonen, og presto-øyeblikkelig vann. Bare å blande de to gassene ved romtemperatur, vil imidlertid ikke gjøre noe, som at hydrogen og oksygenmolekyler i luften ikke spontant danner vann.

Det må tilføres energi for å bryte de kovalente bindinger som holder H₂ og O₂ molekyler sammen. Hydrogenkationene og oksygenanionene er da frie til å reagere med hverandre, noe de gjør på grunn av deres elektronegativitetsforskjeller. Når de kjemiske bindingene formes igjen for å lage vann, frigjøres ekstra energi, som forplanter reaksjonen. Nettoreaksjonen er sterkt eksotermisk, som betyr en reaksjon som er ledsaget av frigjøring av varme.

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 klint. En tryggere variasjon er å fylle en ballong med hydrogengass og å tenne ballongen i luften. Det begrensede oksygenet i luften reagerer på å danne vann, men i en mer kontrollert reaksjon.

Nok en enkel demonstrasjon er å boble hydrogen i såpevann for å danne hydrogengassbobler. Boblene flyter fordi de er lettere enn luft. En langhåndtert lettere eller brennende skinne på enden av en meterpinne kan brukes til å tenne dem til å danne vann. Du kan bruke hydrogen fra en komprimert bensintank eller fra noen av flere kjemiske reaksjoner (f.eks. omsetning av syre med metall).

Men hvordan du gjør reaksjonen, er det best å bruke ørebeskyttelse og opprettholde en trygg avstand fra reaksjonen. Begynn i det små, slik at du vet hva du kan forvente.

Fransk kjemiker Antoine Laurent Lavoisier heter hydrogen, gresk for "vanndannende", basert på reaksjonen med oksygen, et annet element Lavoisier heter, 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 benyttet oppsettet hans to klokkekrukker - en for hydrogen og en for oksygen - som mates inn i en egen beholder. En gnistmekanisme startet reaksjonen og dannet vann.

Du kan konstruere et apparat på samme måte så lenge du er nøye med å kontrollere strømningshastigheten til oksygen og hydrogen slik at du ikke prøver å danne for mye vann på en gang. Du bør også bruke en varme- og støtsikker beholder.

Mens andre forskere på den tiden var kjent med prosessen med å danne vann fra hydrogen og oksygen, oppdaget Lavoisier rollen som oksygen i forbrenningen. Studiene hans motbeviste til slutt phlogiston-teorien, som hadde foreslått at et brannlignende element kalte phlogiston ble løslatt fra saken under forbrenning.

Lavoisier viste at en gass må ha masse for at forbrenning skulle skje, og at massen ble bevart etter reaksjonen. Å omsette hydrogen og oksygen for å produsere vann var en utmerket oksidasjonsreaksjon å studere fordi nesten all massen av vann kommer fra oksygen.

EN Rapport fra 2006 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 avsalting av sjøvann, lurer du kanskje på hvorfor vi ikke bare lager vann fra elementene. Grunnen? Med et ord — BOM!

Å reagere hydrogen og oksygen brenner i utgangspunktet hydrogengass, bortsett fra i stedet for å bruke den begrensede mengden oksygen i lufta, mater du bålet. 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 ekspanderer utover.

I utgangspunktet har du en eksplosjon. Jo mer vann du lager på en gang, desto større er eksplosjonen. 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 samles.

Så vi kan lage vann fra hydrogen og oksygen, og kjemikere og lærere gjør det ofte - 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 kondensere vanndamp fra luft.