Water is de algemene naam voor diwaterstofmonoxide of H2O. Het molecuul wordt geproduceerd door tal van chemische reacties, waaronder de synthesereactie van de elementen, waterstof en zuurstof. De evenwichtige chemische vergelijking voor de reactie is:
2 uur2 + O2 → 2 uur2O
Hoe water te maken
In theorie is het gemakkelijk om water van te maken Hydrogen gas en zuurstofgas. Meng de twee gassen met elkaar, voeg een vonk of voldoende warmte toe om de activeringsenergie te leveren om de reactie te starten, en presto-instant water. Alleen het mengen van de twee gassen bij kamertemperatuur zal echter niets doen, omdat waterstof- en zuurstofmoleculen in de lucht niet spontaan water vormen.
Er moet energie worden geleverd om de covalente bindingen die H bevatten vast te leggen2 en O2 moleculen samen. De waterstofkationen en zuurstofanionen zijn dan vrij om met elkaar te reageren, wat ze doen vanwege hun verschillen in elektronegativiteit. Wanneer de chemische bindingen opnieuw worden gevormd om water te maken, komt er extra energie vrij die de reactie voortplant. De netto reactie is
zeer exotherm, wat een reactie betekent die gepaard gaat met het vrijkomen van warmte.Twee demonstraties
Een veel voorkomende chemiedemonstratie is om een kleine ballon te vullen met waterstof en zuurstof en de ballon - op afstand en achter een veiligheidsschild - aan te raken met een brandende spalk. Een veiligere variant is het vullen van een ballon met waterstofgas en het ontsteken van de ballon in de lucht. De beperkte zuurstof in de lucht reageert om water te vormen, maar in een meer gecontroleerde reactie.
Nog een andere eenvoudige demonstratie is om waterstof in zeepachtig water te laten borrelen om waterstofgasbellen te vormen. De bubbels drijven omdat ze lichter zijn dan lucht. Een aansteker met lange steel of een brandende spalk aan het uiteinde van een meterstok kan worden gebruikt om ze te ontsteken om water te vormen. U kunt waterstof gebruiken uit een gecomprimeerde gastank of uit een van de verschillende chemische reacties (bijvoorbeeld zuur laten reageren met metaal).
Hoe u de reactie ook uitvoert, u kunt het beste gehoorbescherming dragen en op veilige afstand van de reactie blijven. Begin klein, zodat u weet wat u kunt verwachten.
De reactie begrijpen
Franse chemicus Antoine Laurent Lavoisier waterstof genoemd, Grieks voor 'watervorming', gebaseerd op zijn reactie met zuurstof, een ander element dat Lavoisier noemde, wat 'zuurproducent' betekent. Lavoisier was gefascineerd door verbrandingsreacties. Hij bedacht een apparaat om water te vormen uit waterstof en zuurstof om de reactie te observeren. In wezen gebruikte zijn opstelling twee stolpjes - een voor waterstof en een voor zuurstof - die in een aparte container werden gevoerd. Een vonkenmechanisme veroorzaakte de reactie en vormde water.
U kunt een apparaat op dezelfde manier bouwen als u voorzichtig bent om de stroomsnelheid van zuurstof en waterstof te regelen, zodat u niet te veel water tegelijk probeert te vormen. U moet ook een hitte- en schokbestendige container gebruiken.
Rol van zuurstof
Terwijl andere wetenschappers in die tijd bekend waren met het proces van het vormen van water uit waterstof en zuurstof, ontdekte Lavoisier de rol van zuurstof bij verbranding. Zijn studies weerlegden uiteindelijk de flogistontheorie, die had voorgesteld dat een vuurachtig element werd aangeroepen phlogiston kwam vrij van materie tijdens verbranding.
Lavoisier toonde aan dat een gas massa moet hebben om verbranding te laten plaatsvinden en dat de massa na de reactie behouden bleef. De reactie van waterstof en zuurstof om water te produceren was een uitstekende oxidatiereactie om te bestuderen, omdat bijna alle massa water uit zuurstof komt.
Waarom kunnen we niet gewoon water maken?
EEN Verslag 2006 door de Verenigde Naties naar schatting heeft 20 procent van de mensen op aarde geen toegang tot schoon drinkwater. Als het zo moeilijk is om water te zuiveren of zeewater te ontzilten, vraag je je misschien af waarom we niet zomaar water maken van de elementen. De reden? In één woord: BOOM!
Reageren van waterstof en zuurstof is in feite het verbranden van waterstofgas, behalve dat je het vuur voedt in plaats van de beperkte hoeveelheid zuurstof in de lucht te gebruiken. Tijdens de verbranding wordt zuurstof toegevoegd aan een molecuul, dat bij deze reactie water produceert. Bij verbranding komt ook veel energie vrij. Warmte en licht worden zo snel geproduceerd dat een schokgolf naar buiten uitzet.
Kortom, je hebt een explosie. Hoe meer water je tegelijkertijd maakt, hoe groter de explosie. Het werkt voor het lanceren van raketten, maar je hebt video's gezien waar dat vreselijk mis ging. De Hindenburg-explosie is een ander voorbeeld van wat er gebeurt als veel waterstof en zuurstof bij elkaar komen.
We kunnen dus water maken uit waterstof en zuurstof, en chemici en opvoeders doen dat vaak - in kleine hoeveelheden. Het is niet praktisch om de methode op grote schaal te gebruiken vanwege de risico's en omdat het veel duurder is om waterstof te zuiveren en zuurstof om de reactie te voeden dan om water te maken met behulp van andere methoden, om verontreinigd water te zuiveren of om waterdamp uit de lucht.