Для этого нужен более сложный прибор — электролизер, который состоит из широкой загнутой трубки, наполненной раствором щелочи, в которую погружены два электрода из никеля.
Монополярная ванна
Кислород будет выделяться в правом колене электролизера, куда подключен положительный полюс источника тока, а водород — в левом.
Это обычный тип электролизера, которым пользуются в лабораториях для получения небольших количеств чистого кислорода.
В больших количествах кислород получают в электролитических ваннах разнообразных типов.
Войдем в один из электрохимических заводов по производству кислорода и водорода. В огромных светлых залах-цехах строгими рядами стоят аппараты, к которым по медным шинам подводится постоянный ток. Это электролитические ванны. В них из воды можно получить кислород и водород.
Электролитическая ванна — сосуд, в котором параллельно друг другу расположены электроды. Сосуд наполняют раствором — электролитом. Число электродов в каждой ванне зависит от размера сосуда и от расстояния между электродами. По схеме включения электродов в электрическую цепь ванны делятся на однополярные (монополярные) и двухполярные (биполярные).
В монополярной ванне половина всех электродов подключается к положительному полюсу источника тока, а вторая половина — к отрицательному полюсу.
В такой ванне каждый электрод служит или анодом, или катодом, и на обеих сторонах его идет один и тот же процесс.
Биполярная ванна: 1 — катод; 2 — анод; 3 — биполярные электроды.
В биполярной ванне источник тока подключается только к крайним электродам, один из которых служит анодом, а другой — катодом. С анода ток поступает в электролит, через который он переносится ионами к близлежащему электроду и заряжает его отрицательно.
Проходя через электрод, ток снова входит в электролит, заряжая обратную сторону этого электрода положительно. Таким образом, проходя от одного электрода к другому, ток доходит до катода.
В биполярной ванне только анод и катод работают как монополярные электроды. Все же остальные электроды, расположенные между ними, являются с одной стороны катодами (—), а с другой стороны — анодами (+).
При прохождении электрического тока через ванну между электродами выделяются кислород и водород. Эти газы нужно отделить друг от друга и направить каждый по своему трубопроводу.
Существуют два способа отделения кислорода от водорода в электролитической ванне.
Отделение кислорода от водорода в электролитической ванне металлическими колоколами
Первый из них заключается в том, что электроды отгораживаются друг от друга металлическими колоколами. Образующиеся на электродах газы поднимаются в виде пузырьков кверху и попадают каждый в свой колокол, откуда через верхний отвод направляются в трубопроводы.
Этим способом кислород легко отделить от водорода. Однако такое разделение приводит к излишним, непроизводительным затратам электроэнергии, так как электроды приходится ставить на большом расстоянии друг от друга.
Другой способ разделения кислорода и водорода при электролизе заключается в том, что между электродами ставится перегородка — диафрагма, которая является непроницаемой для пузырьков газа, но хорошо пропускает электрический ток. Диафрагма может быть сделана из плотно сотканной асбестовой ткани толщиной 1,5—2 миллиметра. Эту ткань натягивают между двумя стенками сосуда, создавая тем самым изолированные друг от друга катодные и анодные пространства.
Водород из всех катодных и кислород из всех анодных пространств поступают в сборные трубы. Оттуда по трубопроводам каждый газ направляется в отдельное помещение. В этих помещениях под давлением 150 атмосфер полученными газами наполняют стальные баллоны. Баллоны направляют во все уголки нашей страны. Кислород и водород находят широкое применение в различных областях народного хозяйства.