Sudan bir miktar akım geçtiği zaman, açığa çıkan hidrojenin hacmi, oksijenin iki katıdır. Su iki hidrojen bir oksijen atomundan oluşur. Suyun elektrolizinde anotta (+) oksijen, katot da (-) hidrojen gazı birikir. Çünkü hidrojen iyonu ( H +) artı yüklü, oksijen (O – 2) eksi yüklü olduğundan, eksi elektrot artı yüklü iyonu çekerler.

Önemlidir!

Elektroliz kabından 1 °C yük geçtiği zaman, anotta 0,06 cm³ O₂, katotta 0,12 cm³ H₂ açığa çıkar.

Teorik olarak, her metreküp oksijen elementi için 2.8 kW-saat elektrik enerjisi yeterlidir. Pratikte kullanılan elektrik enerjisi miktarı bir metreküp hidrojen üretimi için 3.9-4.6 kW-saat arasında değişir. Bundan dolayı elektroliz işleminin verimi %70 dolayındadır. Günümüzde bu alanda yapılan çalışmalar ve gelişen teknoloji ile %90 verim sağlanmıştır. Elektroliz hücrelerinde, nikel kaplı çelik elektrotlar kullanılmaktadır.

Nükleer yakıtlar veya fosillerden enerji sağlanır. Bu enerjinin elektroliz yolu, suyun hidrojene dönüştürülmesinin verimi bu yakıtlardan sağlanacak elektrik enerjisinin verimine bağlıdır.

Elektrik üretim verimi, modern fosil yakıt santralleri için %38 ve nükleer tesisler için %32 civarındadır. Suyun elektroliz hücresi %80 verim de çalıştığı düşünülürse; fosil yakıtlardan elektroliz yolu ile hidrojen elde etmede toplam verim %25-30 olmaktadır.

Elektrik üretiminde meydana gelen ısı enerjisi, suyun ayrıştırılması için kullanıldığı zaman, daha yüksek verim sağlanabilir. Ancak, suyun ısı enerjisi ile ayrıştırılması için en az 25000 °C lik bir sıcaklık gerekir.

Suyun Elektrolizinden Hidrojen Elde Edilmesi

Çeşme suyunun %10’luk H₂SO₄ (sülfirik asit) yada Ba (OH)₂ (baryum) çözeltisi ile iletkenlik elde edilir. Daha sonra içerisinden doğrudan elektrik akımı geçirilir. Böylece platin elektrotlardan iki hacim elde edilir. Bir hacim sudan saf olarak  H₂ gazı ve bir hacim de O₂ gazı elde edilmiş olur.

Maliyet açısından bu metot pahalıdır. 1 ton suyun elektrolizi için bir saatte 4480 kilowatt elektrik harcanmaktadır.

Suyun Elektrolizinden Oksijen Elde Edilmesi

Suyun Elektrolizi 

Suyun Elektroliz Deneyi

Deneyin yapılışı:

• Bir beherglas içine 500 ml su koyunuz. içerisine 60 gr çamaşır sodası (Na₂CO₃) veya sülfirik asit (H2SO₄) koyarak  cam çubukla karıştırınız ve çözeltiyi hazırlayın.
• Sonra iki tane deney tüpünü  hazırlanan çözelti ile tamamen doldurunuz. Sonra tüpleri hava almayacak şekilde parmağınızla kapatarak ters çeviriniz. Beherglas içerisindeki çözeltiye daldırınız. Tüpleri bunzen kıskacı ile sıkıca bağlayınız. Bu durumda tüpün içine hava girmemiş olur.
• İki çelik elektrodu alınız ve elektrotların uçlarını tüplerin içerisine yerleştiriniz. Krokodil kabloları elektrotlara bağlayarak, diğer uçlarını güç kaynağının doğru akım çıkışına bağlayıp saate bakınız.
• Her 5, 10, 15 dakikada tüplerde toplanan gaz miktarlarını tüplerin üzerine işaretleyiniz ve devreyi kesiniz.
• Tüplerdeki gaz birikmesi sona erdikten sonra yine hava almayacak şekilde sudan çıkarınız. Tüplere kibrit alevi yaklaştırdığınızda patlayarak yanan hidrojen gazı, alevi daha parlak yakan ise oksijen (yakıcı gaz) gazıdır.

Deneyin sonucu:

Suyun elektrolizinde; ( – ) kutba bağlantılı olan tüpte iki hacim hidrojen , ( + ) kutba bağlı olan tüpte bir hacim oksijen gazı toplanır. Su, kendini oluşturan hidrojen ve oksijene ayrışmıştır.

Teorik bilgi;

Bir bileşiğin elektrik yardımıyla bileşenlerine ayrılma olayına elektroliz denir. Herhangi bir bileşiğin elektrolizinde bileşiğin anyonu anottan, katyonu ise katottan açığa çıkar.

Elektroliz Düzeneği

Elektroliz düzeneğinde pozitif ve negatif kutuplara elektrot adı verilir. Güç kaynağının pozitif kutbuna bağlanan elektrot anot , negatif kutbuna bağlanan ise katottur. İki kutup arasında elektrik taşınmasını sağlayan iletken çözeltiye elektrolit denir.

Suyun elektrolizinde katotta ( – ) hidrojen, anottan ( + ) ise oksijen gazı toplanır. Deney sırasında bir süre sonraları tüplerde toplanan hidrojen gazı, oksijen gazının iki katı olur. Yapılan deneyde ortalama bir şekilde 1 coulomb’ luk yük devreden geçtiğinde yaklaşık 0,12 cm³ hidrojen, 0,06 cm³ oksijen gazı açığa çıkar.

Ayrışan oksijen ve hidrojen gazları biriktirildiğinde basınç artışı olur. Şekilde görüldüğü gibi, sağdaki katot ve soldaki anot kaplarında, hidrojen ve oksijen gazı oluşur. Elektroliz kabının içindeki basınç arttığında, tek yönlü birer vanadan geçerek yukarı çıkmaktadır. Ayrışma sonucunda azalan suya ilave ortadaki kaptan yapılıyor.

Bu düzenekte oksijen ve hidrojen gazlarının toplandığı kapları kapalı duruma getirilir. Bu durumda gazlar biriktikçe basıncın artması sağlanabilir. Fakat, tek yönlü vanalardan geçişin sürebilmesi için, yükselen basıncı elektroliz kabının da görmelidir. Halbuki yüksek basınç düzeneği zorladığı için dayanıklı ve maliyeti yüksek bir düzeneğin tasarımını gerektirir.

Ayrıca bu halde, ortadaki kaptan su takviyesi için, bu yüksek basınca karşı iş yapılmalıdır. Hidrojenin indirgenmesi ve oksijenin yükseltgenmesi için yukarıda verilen potansiyel değerleri, standart basınç ve sıcaklık şartları için geçerlidir. Basınç arttıkça bu değerler, mutlak değer olarak artar ve elektroliz işlemi için harcanması gereken enerji miktarını yükseltir. Ayrıca, yüksek basınç altındaki suyun elektrolizi sırasında uğranılan ısınma kayıpları da daha yüksektir.

Suyun Ayrıştırılması ve Enerji Verimliliği

Suyun ayrıştırılması işlemi boyunca enerji verimliliğini arttırmanın bir metodu vardır. Su buharı moleküllerini parçalamak için 2500-3000°C (5000-6000 T) gibi yüksek sıcaklıklara çıkmak zorunda değiliz. Su 2500°C’ ye kadar ısıtıldığı zaman, molekülleri elektroliz olmadan da parçalanır. Buna ısıl parçalanma denir.

Eğer 300-1000 °C (600-2000 °F) sıcaklıklarda çok daha soğuk bir su buharı toz haline getirilmiş demirin üzerinden geçirilir. Bu durumda demir oksijeni tutarak demir oksit oluşturur ve hidrojeni bırakır. Daha sonra demir oksit oksijeni serbest bırakacaktır. Böylece yeniden oksitsiz toz halde demir bırakacak şekilde ısıtılabilir. Bu işlem çok büyük miktarlarda toz demir ile tekrarlayarak yeterince hidrojen gazı elde edebiliriz. Bu termokimyasal metoda bir örnektir.

Ama  bu kadar aşırı sıcaklıklara çıkmak zordur. Bunun için, suyun örneğin 100 – 850°C’ ye kadar ısıtılıp, sonra elektrolize yapılması hedeflenmektedir. Böylece, ayrıştırma işlemi biraz ısı, birazda elektrolizle gerçekleştirilir. Isıtma işlemi, tek enerji kaybı ısı kaçaklarından olduğu için, verimi yüksektir. Halbuki elektriğin buhar döngüsüyle eldesi, yaklaşık 1/3 termodinamik verim ile gerçekleşmektedir. Bundan dolayı ayrıştırma işlemi biraz ısı ve elektrolizle gerçekleştirildiğinde, toplam enerji verimi arttırılabilir.