Cuando el agua se divide eléctricamente, el resultado suele ser hidrógeno y oxígeno inútil. En lugar de oxígeno, también se puede producir peróxido de hidrógeno, que es esencial para muchos sectores industriales. Sin embargo, requiere algunas condiciones de reacción.
Debido a su alta disponibilidad, el agua se considera el material de partida más útil para la producción de hidrógeno. Idealmente, de la conversión de agua en hidrógeno se obtiene otra sustancia útil: el peróxido de hidrógeno, que es esencial para muchas ramas de la industria, por ejemplo, para la producción de desinfectantes. La obtención de peróxido de hidrógeno a partir de la división del agua requiere condiciones de reacción especiales. Se encontró que la presencia de carbonato era beneficiosa. Pero no estaba claro por qué era así. Un equipo de la Universidad del Ruhr en Bochum, Alemania, ha aclarado ahora el mecanismo detrás de esto.
El grupo, dirigido por el Dr. Lijing Li, la Dra. Carla Santana Santos y el profesor Wolfgang Schuhmann del Centro de Electroquímica de la Universidad del Ruhr en Bochum, describió los hallazgos en la revista. Edición Internacional de Química Aplicada A partir del 24 de junio de 2024.
Matar dos pájaros de un tiro
“El peróxido de hidrógeno es una sustancia química valiosa que debe producirse mediante procesos complejos que no siempre son respetuosos con el medio ambiente”, afirma Wolfgang Schuhmann. “Sin embargo, es termodinámicamente complicado”, explica Lijing, porque la producción de oxígeno es energéticamente sencilla.
Sin embargo, la situación cambia si se agrega tampón carbonato a la solución. Este ácido carbónico (H2incluir3), que es un protón (H+), dando como resultado carbonato de hidrógeno (HCO3–), que reacciona aún más para formar dióxido de carbono (CO2). Estos tampones ayudan a mantener estable el valor del pH de la solución. Sin embargo, las condiciones en la solución de reacción no son uniformes en todas partes.
La conversión de agua en hidrógeno y oxígeno tiene lugar en las superficies de dos electrodos, entre los cuales se aplica una tensión. Cuando se transfieren electrones cargados negativamente, simultáneamente se liberan protones cargados positivamente. Los protones cambian el valor del pH en las proximidades del electrodo, mientras que el valor del pH permanece más estable en la solución.
Medición del valor de pH local.
Utilizando un método desarrollado por ellos mismos, el equipo de Bochum determinó el valor del pH en las proximidades del electrodo en diferentes condiciones de reacción y demostró que el peróxido de hidrógeno se produce preferentemente en este punto cuando hay demasiado carbonato de hidrógeno alrededor del electrodo. En estas condiciones, se forma un producto de reacción intermedio que evita la formación de oxígeno no deseado.
“Estos hallazgos parecen inicialmente una investigación básica abstracta”, admite Lijing Li. “Pero la producción de hidrógeno y peróxido de hidrógeno es extremadamente importante. Sólo si comprendemos adecuadamente el proceso podremos mejorarlos”.
