Come
posso produrre in modo sicuro idrogeno? E come posso
calcolare quanti metri cubi ne occorrano per sollevare un
determinato peso?
(risponde Rita Giardini)
Uno dei metodi più semplici di produzione di idrogeno è per elettrolisi di soluzioni acquose.
Il sistema si realizza ponendo due elettrodi di platino in una soluzione acquosa di idrossido di sodio. Applicando una differenza di potenziale tra i due elettrodi avremo un passaggio di corrente elettrica e due reazioni: la ossidazione all’anodo e la riduzione al catodo.
Ossidazione : 4 OH- à O2 + 2 H2O + 4 e-
Riduzione : 2 H2O + 2 e- à H2 + 2 OH-
Quindi all’elettrodo che funziona da catodo si formeranno una serie di piccole bolle di gas idrogeno che saliranno verso la superficie della soluzione e potranno essere convogliate in idoneo contenitore (ricordarsi di non fumare!).
La resa di questo processo è subordinata principalmente alla differenza di potenziale applicata e alla superficie degli elettrodi. Per quanto si possano ottimizzare questi parametri (gli elettrodi di platino, meglio se a rete di platino, sono decisamente costosi) la quantità di idrogeno prodotta nell’unità di tempo non è incoraggiante.
Proviamo a fare qualche calcolo (per semplicità trascuro sovratensioni e interferenze), supponiamo di applicare una differenza di potenziale tale che generi una corrente di 1 Ampere per 1 ora nella nostra soluzione. Sappiamo che la l’intensità di corrente moltiplicata per il tempo espresso in secondi ci da la quantità totale di corrente espressa in Coulomb.
Quindi 1 x 60 x 60 = 3.600 Coulomb.
Ricordando dalla seconda legge di Faraday che per ridurre un equivalente di un elemento sono necessari 96.500 Coulomb abbiamo:
3.600 : X = 96.500 : 1
X = 0,037 equivalenti di idrogeno pari a 0,019 moli di idrogeno.
Visto che una mole di gas a condizioni normali (25 ° C e pressione atmosferica) occupa 22,4 litri, durante il nostro esperimento abbiamo prodotto circa 0,43 litri di idrogeno.
L’idrogeno è un gas incolore, inodore, insapore e infiammabile. E’ il più leggero dei gas (pesa circa 14,4 volte meno dell’aria) ed è molto meno costoso dell’elio. Queste sue caratteristiche hanno fatto si che venisse usato nella cosiddetta sostentazione aereostatica: aerostati, dirigibili, palloni sonda per meteorologia.
L’idrogeno ha un peso specifico pari a 0,09 Kg/m3 mentre l’aria a bassa quota ha un peso specifico di 1,23 Kg/m3; per sapere in modo approssimativo quale capacità di sollevamento ha l’idrogeno è sufficiente fare la differenza tra i due valori: 1,14. Quindi, a bassa quota (entro i 1.000 metri dal suolo) 1 metro cubo di idrogeno solleva 1,14 chilogrammi di peso.