12  Eletrólise da água

A eletrólise da água é um processo químico no qual a energia elétrica é utilizada para decompor moléculas de água em hidrogênio e oxigênio. Esse processo é importante para a produção de hidrogênio um combustível limpo. Neste objeto é possível variar parâmetros como voltagem, corrente ou tempo da eletrólise, acompanhando em tempo “real” as formações de gases.

Equações:

As equações principais utilizadas nesta simulação descrevem a decomposição da água em hidrogênio e oxigênio e a quantidade de gás produzida em função da corrente elétrica e do tempo de eletrólise.

Reação global da eletrólise da água:

2H2O(l) -> 2H2(g) + O2(g)

Lei de Faraday para a produção de hidrogênio:

n(H2) = (I·t)/(2F)

onde n(H2) é a quantidade de hidrogênio produzida, I é a corrente elétrica, t é o tempo de eletrólise e F é a constante de Faraday (96485 C/mol).

I = corrente elétrica, medida em ampères (A). t = tempo de eletrólise, medido em segundos (s). F = constante de Faraday (96485 C/mol), que representa a carga elétrica transportada por um mol de elétrons.

12.1 Download e Uso:

Eletrólise
1. Execute o código no JSPlotly utilizando o botão add.
2. Observe a representação do recipiente contendo água e os eletrodos responsáveis pela eletrólise.
3. Selecione uma das opções de voltagem disponíveis para definir a energia elétrica aplicada ao sistema.
4. Clique no botão Aplicar Energia para iniciar a simulação.
5. Observe a formação e a movimentação das bolhas de hidrogênio (H2) e oxigênio (O2) durante o processo.
6. Acompanhe os valores exibidos na tela para voltagem, corrente elétrica, potência, energia consumida e volumes produzidos de H2 e O2.
7. Compare os resultados obtidos para diferentes valores de voltagem e verifique como a produção dos gases varia com a energia fornecida ao sistema.
8. Repita a simulação utilizando diferentes configurações para analisar a relação entre energia elétrica e velocidade da eletrólise da água.
Sugestão: 
1. Execute a simulação utilizando diferentes valores de voltagem e compare a quantidade de hidrogênio (H2) e oxigênio (O2) produzida em cada caso.
2. Observe como a potência elétrica e a energia consumida variam quando a voltagem é alterada e relacione esses valores com a velocidade da eletrólise.
3. Compare a produção dos gases nos instantes iniciais e finais da animação para compreender o efeito do tempo de eletrólise na quantidade de matéria produzida.
4. Identifique a relação entre os volumes de H2 e O2 gerados durante a eletrólise e verifique se ela está de acordo com a equação química da decomposição da água.

12.2 Lógica de código

  1. O usuário escolhe a voltagem aplicada ao sistema.
  2. O código calcula a corrente elétrica e a produção de hidrogênio (H2) e oxigênio (O2).
  3. A animação mostra a formação dos gases por meio de bolhas nos eletrodos.
  4. Os valores de energia, potência e volume dos gases são atualizados durante a simulação.

Estudante: Escola Estadual Doutor Emílio Silveira, Alfenas-MG.