Водородна вода у дома: безопасни методи и рискови трикове (защо електролизата с батерия е лоша идея)

Ако сте попадали на видео или публикация във форум, в която 9-волтова батерия или автомобилен акумулатор се потапя в чаша със солена вода, за да се направи „водородна вода у дома“, честният отговор е, че това не е безопасен начин да добавите водород във вода, която смятате да пиете. Пропускането на електрически ток през чешмяна вода наистина разделя част от нея на водород и кислород, но обикновената чешмяна вода почти винаги съдържа хлоридни йони, а домашните проводници и батерии не са предназначени за тази задача. Съберете тези два факта и експериментът на кухненския плот престава да бъде пряк път към водородна вода и се превръща в източник на хлорен газ и непроветрявана запалима газова смес.

• Пропускането на ток през водата може да отдели водород, но хлоридът, който вече се съдържа в чешмяната вода (и във всяка добавена сол), обикновено реагира на положителния електрод преди кислорода и така се образува хлор, а не кислород.
• Обичайните материали за електроди, като стомана, алуминий или мед, не са инертните метали, използвани в оборудването за контролирана електролиза, така че самият електрод може да участва в реакцията, вместо да остане неутрален.
• Водородът и кислородът, отделени заедно на открито, могат да се натрупат в смес, която остава запалима в необичайно широк диапазон от концентрации. Затова промишленото оборудване държи двата газа разделени и ги отвежда.
• Водородна таблетка на основата на магнезий предизвиква същата основна реакция — металът реагира с вода — но в затворена, самоограничаваща се форма, която не изисква електричество, проводници или добавена сол.

Защо хората се опитват да правят водородна вода с батерия

Привлекателността е очевидна: батерия, два проводника и чаша, която вече имате, изглеждат като безплатна алтернатива на бутилка, кана или генератор за водородна вода. При повечето варианти на този трик първо се добавя щипка готварска сол или сода бикарбонат към водата, с идеята, че чешмяната вода сама по себе си не провежда достатъчно добре електричество, а добавените йони улесняват протичането на тока и ускоряват появата на мехурчета. Ако се гледа единствено цената, тази логика изглежда убедителна. Но тя пропуска какво всъщност правят добавената сол и оголеният метал с водата от химична гледна точка — а именно на този въпрос отговаря статията, а не на въпроса дали съоръжението е евтино или лесно за сглобяване.

Какво всъщност се случва, когато пропуснете ток през чешмяна вода

Пропускането на постоянен ток през водата действително може да я раздели: на отрицателния електрод (катода) се образува водороден газ, а на положителния електрод (анода) — кислород (източник: Електролиза на вода). Това е истинска химия, а също и основният процес зад SPE/PEM мембраните, използвани в правилно проектирана бутилка за водородна вода. Разликата между контролирана бутилка и отворена чаша с два свободно висящи проводника се свежда до това какво още има във водата и от какво са направени електродите.

Защо добавянето на сол влошава нещата, вместо да ги подобрява

Чешмяната вода и всяка добавена готварска сол съдържат хлоридни йони, а на анода тези хлоридни йони се окисляват преди водата, така че образуваният там газ е хлор, а не кислород (източник: Електролиза на вода). Това не е незначителна странична реакция: същата химия умишлено се използва в промишления хлор-алкален процес за производство на хлорен газ от солена вода. Именно затова този процес протича в затворени, специално проектирани клетки, а не в отворен съд (източник: Хлор-алкален процес). От химична гледна точка добавянето на сол към самоделна система, за да се ускорят мехурчетата, означава да добавите съставката, която насърчава производството на хлор вместо отделянето на чист газ.

Защо материалът на електрода има значение

Оборудването, предназначено да произвежда чист водород или кислород, използва инертни материали за електродите, като платина или анод от платинизиран/покрит титан, именно защото тези метали не реагират с водата или с образуваните газове (източник: Хлор-алкален процес). Стоманена кламерка, лента от алуминиево фолио или клемите на автомобилен акумулатор не са такива материали. Когато обикновен метал се намира във вода, през която протича електрически ток, самият метал може да участва в реакцията и да отделя метални йони във водата — в допълнение към хлора, който вече са произвели хлоридните йони. Нито едно от тези неща не може да се види или усети на вкус, докато се случва, което е една от причините системата да изглежда безобидна по време на работа.

Двете опасности: хлор и непроветрявана газова смес

Първата опасност е самият хлор. Хлорният газ е изключително опасен и отровен за повечето живи организми (източник: Хлор), което само по себе си е достатъчна причина да спрете реакция на кухненския плот, която го произвежда, вместо да я оставяте да продължава в затворено помещение. Едва доловимата химическа миризма от чаша на кухненския плот е знак, че тази реакция протича, а не козметичен страничен ефект, който трябва да пренебрегнете.

Втората опасност е самата газова смес. Водородът има необичайно широк диапазон на запалимост във въздуха — приблизително от 4% до 75% по обем — в сравнение например с бензиновите пари, които са запалими само в много по-тесен диапазон (източник: Безопасност на водорода). Промишленото оборудване за електролиза е проектирано така, че водородът и кислородът да остават физически разделени и да се отвеждат именно по тази причина: документиран инцидент от 1975 г. е станал, след като водород изтекъл в кислородопровод при повреда на електролизна клетка и двата газа се смесили (източник: Безопасност на водорода). При отворена чаша с потопени в нея два проводника и двата газа се издигат заедно право във въздуха наоколо. Това е съществено различна ситуация от тази при затворен уред, проектиран около същата основна химия.

Как водородна таблетка предизвиква същата основна химична реакция безопасно

Водородната таблетка на основата на магнезий разчита на същия вид реакция — металът реагира с вода, — но я осъществява по обратния начин. Магнезиевият метал реагира с водата, като образува магнезиев хидроксид и водороден газ. Реакцията се самоограничава, защото образуваният магнезиев хидроксид се натрупва върху повърхността на метала и забавя по-нататъшната реакция (източник: Магнезий). Целият процес се задвижва от химичния състав на самата таблетка: той се основава на реакцията между метала и водата, в която таблетката се пуска, и постепенно затихва от само себе си с натрупването на този повърхностен слой.

В конкретния случай на таблетката Hydrion H2 магнезият е комбиниран с ябълчена и винена киселина, които контролират колко бързо се разтваря таблетката, след като бъде пусната в чаша вода. В инструкциите към продукта е посочено таблетката да се пусне в 500 мл вода, без да се добавя нищо друго. Ако искате подробно обяснение какво съдържа подобна таблетка и защо, този материал за действителния състав на водородните таблетки разглежда съставките по-подробно, а това обяснение какво всъщност означава „8 PPM“ разяснява какво измерва числото, отпечатано на етикета. За информация относно дозировката и ежедневната употреба на таблетките, а не химията, по-полезно е да прочетете специалното ръководство за таблетки. Важната тук разлика не е лозунгът „таблетката е добра, батерията е лоша“, а фактът, че произведен продукт с конкретно предназначение, създаден за контакт с питейна вода, действа предвидимо, докато батерия и чифт проводници, приспособени за цел, различна от първоначалното им предназначение, не го правят.

Бърз начин да различите безопасния метод от рисковия

Същите четири въпроса са полезни и отвъд това конкретно сравнение. Струва си да ги имате предвид всеки път, когато онлайн се появи нов метод за „направи си сам“ водородна вода:

• Затворена или ограничена ли е реакцията, или протича в отворена чаша с оголен метал, потопен във водата?
• Изисква ли методът външен източник на захранване и проводници, или се задвижва от собствената си химия, след като добавите вода?
• Проектиран и изпитан ли е предметът за контакт с питейна вода, или е приспособен за друга употреба — например батерия, кабели за подаване на ток или зарядно за телефон?
• Изисква ли методът да се добави сол или друга добавка, за да „работи по-бързо“? Това често е знак, че се насърчава нежелана, а не полезна странична реакция.

Проверете всяка идея за водородна вода „направи си сам“ с помощта на тези четири въпроса, преди да я изпробвате, вместо да я оценявате според цената или убедителния вид на мехурчетата. Това сравнително ръководство за утвърдените методи — таблетки, магнезиеви пръчици, бутилки, кани и машини — е подходящото място, ако се опитвате да решите кой от тях подхожда на ежедневието ви, след като сте отхвърлили идеята да сглобявате електрическа верига.

Нищо от казаното не означава, че самата водородна вода е нещо, от което трябва да се пазите; означава, че методът с батерия и проводници е неподходящият начин да я получите. Ако въпросът ви е за безопасността на пиенето на водородна вода, след като е приготвена правилно, а не за този конкретен самоделен метод, ръководството за безопасността на водородната вода разглежда темата отделно. За читател, който току-що е разбрал защо самоделната електрическа верига е неподходящият инструмент за тази задача, таблетката, която задейства същата реакция между магнезий и вода в затворена форма с конкретно предназначение, е по-пряката следваща стъпка, тъй като изобщо не изисква да се занимавате с проводници или електроди.