Wasser zerlegen und bilden: die Energie im Blick

Reines Wasser leitet den Strom kaum, denn es enthält nur wenige Ionen. Darum gibt man etwas verdünnte Schwefelsäure dazu. Die Lehrkraft nutzt einen Zersetzungsapparat nach Hofmann, einen U-förmigen Glasapparat mit zwei Elektroden. Man legt Gleichstrom an. An beiden Elektroden steigen Gasblasen auf. Am Minuspol entsteht doppelt so viel Gas wie am Pluspol. Am Minuspol ist es Wasserstoff. Er zeigt sich bei der Knallgasprobe mit einem leisen Knall. Am Pluspol ist es Sauerstoff. Er lässt einen glimmenden Holzspan aufflammen. Die Gesamtgleichung lautet: 2 H₂O → 2 H₂ + O₂. Das Volumenverhältnis Wasserstoff zu Sauerstoff ist 2 : 1. Das Massenverhältnis ist 1 : 8. Aus 36 g Wasser entstehen 4 g Wasserstoff und 32 g Sauerstoff. Die Zerlegung braucht Energie. Man sagt: Die Reaktion ist endotherm. Für 1 mol Wasser (18 g) braucht man etwa 286 kJ. Die Umkehrung heißt Synthese von Wasser: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff heißt Knallgas. Es reagiert beim Zünden heftig. Dabei wird dieselbe Energie wieder frei: Die Reaktion ist exotherm. Energie aus Strom lässt sich so in Wasserstoff speichern und später zurückgewinnen. Genauer: An der Kathode läuft 4 H₃O⁺ + 4 e⁻ → 2 H₂ + 4 H₂O ab. An der Anode läuft 6 H₂O → O₂ + 4 H₃O⁺ + 4 e⁻ ab. Beides zusammen ergibt 2 H₂O → 2 H₂ + O₂.