Únor 2024 - "Elektrolýza"
Vybrala jsem pokusy různorodého charakteru, abyste poznali větší množství uspořádání, jak můžete elektrolýzu s dětmi snadno ve škole pojmout. Sami jste viděli, že někdy stačí baterka, dva vodiče a kelímek se slanou vodou...
VODÍK - ala Vašek Piskač
Nápad přišel od zmíněného brněnského fyzikáře Vaška a tak jej předáváme dál. Jedná se o mikrochemii, chemii v pipetce.
Vybavení
baterie 4,5V
2x vodič
2x kelímek/sklenička
2x malý hřebík
kuchyňská sůl
kapátko
hadička
saponát
V jednom z kelímků vody rozpusťte kuchyňskou sůl. Kapátkem propíchněte dva hřebíčky skrz tak, jak je ukázáno na obrázku. Hřebíčky se nesmí dotýkat. Kapátko naplňte roztokem soli. Nemusí být naplněné celé, stačí tak, jak vám to půjde. Pomůže, když kapátko občas otočíte otvorem nahoru a vytlačíte z něj vzduch. Na kapátko nasaďte hadičku.
Do druhého kelímku nalijte téměř do plna vodu, přidejte trochu saponátu a zamíchejte. Druhý konec hadičky dejte do saponátové vody. Připojte pomocí vodičů hřebíčky k baterii a nechte probíhat elektrolýzu.
Vzniklé bublinky můžete zapálit, musíte jen počkat, až se vám nachytá opravdu vodík a ne zbylý vzduch v pipetě a hadičce.
Při elektrolýze soli vzniká na záporné elektrodě vodík, na kladné chlór. Chlóru nicméně vzniká podstatně méně, protože se ho značná část rozpouští zpět do vody. Kladná elektroda se postupně rozpouští a železo, které se dostává do roztoku, se postupně sráží jako zeleno-šedý chuchvalec hydroxidu železnatého.
POUŽITÍ INDIKÁTORU
Když při elekrolýze použijete pH indikátor, zvýšíte tím efekt pro žáky o sto procent. Použít můžete sofistikovaněji Yamadův indikátor nebo červené zelí.
Červené zelí je možné uvařit a tento fialový roztok použít. Případně si ho lze zamrazit na pozdější použití. Snadno lze také lístky zelí usušit a rozmixovat a kdykoliv si prášek zalít horkou vodou.
Na jímání vznikajících plynů u elektrod jsme tentokrát použili jednoduše vyrobený dřevěný držáček s enjekčními stříkačkami, ve kterých jsou vloženy uhlíkové elekrody. Výhodou tuh je, že mají průměr podobný s průměrem otvoru stříkaček a projdou skrz. Můežte je zaletip epoxidem a následně k nim připevňovat vodiče pomocí krokodýlků. Tuhy by měly být srovnatelné nebo kratší než je délka injekčních stříkaček.
- kuchyňská sůl
- Yamadův indikátor nebo výluh ze zelí
- speciálně vyrobený stojánek pro uhlíkaté elektrody
- sklenice
- zdroj malého napěetí (12 V)
- přívodní vodiče s krokosvorkami
Ve sklenici rozpust'te ve vodě dvě lžičky soli a přidejte přibližně tři lžičky Yamadova pH indikátoru. Množství Yamadova indikátoru bude záviset na jeho vlastní koncentraci a zbarvení. Cílem je, aby byla barva indikátoru dobře vidět a nebyla příliš tmavá.
Do stříkaček nalijte připravený elektrolyt. Pro obrácení stojánku do nádoby s elektrolytem tak, aby voda ze stříkaček nevytekla, doporučuji věřit povrchovému napětí vody. Vezměte kupříkladu čtverečky papíru veliké tak, aby se jimy daly stříkačky akorát přikrýt. Papír by měl být namočený. Rychle stříkačky obrat'te a ponořte do elektrolytu. Připojte zdroj a sledujte změnu barvy Yamadova indikátoru u každé elektrody.
U katody pozorujeme změnu barvy indikátoru na fialovou, která indikuje silnou zásadu. Zároveň na anodě vidíme žlutou barvu, která značí slabší kyselé prostředí. Také jímáme do stříkaček na katodě vodík a na anodě chlor. Vodík vzniklý na katodě můžete opatrně zapálit. Vzhledem k tomu, že jímáte vodík, tedy lehčí plyn než vzduch, musíte stříkačky držet stále otvorem dolů. Nemusíte se bát, zahoření pouze mírně blafne, štěkne.
------------------------
Yamadův indikátor je směs čtyř acidobazických indikátorů: thymolová modř 5 mg, methylčerveň 12 mg, bromthymolová modř 60 mg, fenolftalein 100 mg. Tato směs se rozpustí ve 100 ml ethanolu, zneutralizuje 0,1 M roztokem NaOH do tmavě zelené barvy a naředí 100 ml destilované vody. Díky kombinaci více indikátorů se z Yamadova indikátoru stává univerzální indikátor ukazující plnou stupnici pH od 0-14.
DALŠÍ ELEKTRODA
Autor původního textu: Lenka Karpíšková
Na pokusu jsou zajímavé dvě věci - použití petriho misky a použití sponky jako třetí elektrody. Další důvod, proč jsem pokus vybrala, je opět využití pH indikátoru, tentokrá thymolové modři.
Vybavení:
4,5V baterie
vodiče
kelímek
Petriho miska
grafitové elektrody
síran sodný
thymolová modř
kancelářská sponka
kapátko
bílý papír
V přibližně 0,5dl vody rozpusťte malou lžičku síranu sodného. Přidejte pH indikátor, thymolovou modř v rozumném množství, aby se roztok mírně zbarvil a promíchejte. Petriho misku položte na bílý podklad, např. na bílý papír, a doprostřed položte kancelářskou sponku. Kapátkem opatrně přidávejte připravený roztok do Petriho misky tak, aby bylo akorát pokryté dno a roztok se dotýkal sponky. Může pomoct kapátkem roztok rozehnat po celém dně. Elektrody dejte do Petriho misky tak, aby byly vůči kancelářské sponce orientované jako na obrázku, a připojte je k baterii.
Pokud jste dobře pozorovali, jak se mění barva roztoku u elektrod a na sponce, mohli jste si všimnout jedné věci. Konec sponky, který je blíže kladné elektrodě, se chová stejně jako záporná elektroda. A druhý konec sponky, který je blíže záporné elektrodě, se chová jako kladná elektroda.
VODÍKOVÝ POHON
Autor původního textu: Lenka Karpíšková
Vybavení
4,5V baterie
vodiče
kelímek
grafitové elektrody - tuhy z tužky
síran sodný
LEDka
saponát
V 1dl vody rozpusťte vrchovatou lžičku síranu sodného. Dvě grafitové elektrody připojte pomocí vodičů s krokosvorkami k baterii. Vložte elektrody do kelímku a nechte přibližně minutu probíhat elektrolýzu.
Elektrody nechte v kelímku. Vodiče odpojte od baterie a místo ní připojte LEDku. Chytněte každou její nožičku do jiné krokosvorky. Pozor, kladný pól LEDky musí přijít místo kladného pólu baterie. Při přepojování buďte rychlí a hlavně se omylem drcnutím do stolu nezbavte bublinek na elektrodách.
Když se potká vodík, ten mají auta v nádrži, a kyslík, který si auta berou ze vzduchu, můžete se z nich stát baterie. Jen musí mezi nimi být nějaký vodivý roztok, tedy elektrolyt. Vaše jednoduchá kyslíko-vodíková baterie takto zvládne rozsvítit LEDku. A při tom vzniká zase zpátky voda.
Palivové články pohání palivo a nějaké okysličovadlo, ale místo toho, aby se spolu nechali shořet, spolu vytvoří baterii. Palivo ale nemusí být jen vodík, používají se také například alkoholy. A okysličovadlo také není jen kyslík, dobře poslouží i chlor. Ostatně, můžete si to sami vyzkoušet a vyrobit si palivový článek, který pohání vodík a chlor. Stačí v postupu síran sodný nahradit kuchyňskou solí.
ELEKTROLÝZA LŽIČEK
Autor nápadu a textu níže: Vojtěch Procházka
Vybavení:
- leptaná lžička
- zdroj nízkého napětí
- vodiče
- plíšek mědi
- kuchyňská sůl
- nádoba na leptání
- rozteklý vosk
- párátko
Nakonec si vaši žáci mohou elektrolyticky vyleptat něco na lžičku.
Jako kladnou elektrodu použijte lžičku. Jako zápornou elektrodu je vhodné použít např. ústřižek měděného plechu. Rychlost leptání je přímo úměrná procházejícímu proudu, při volbě téměř nasyceného solného roztoku jako elektrolytu se osvědčilo napětí kolem 5-10 V.
Všechny části leptaného předmětu, které přijdou do kontaktu s elektrolytem, musejí být chráněny souvislou vrstvou vosku. Toho lze nejsnáze dosáhnout jeho rychlým ponořením do nádoby s roztaveným voskem tak, aby nedošlo k jeho přílišnému zahřátí. Na místě leptaného reliéfu je třeba opatrně ostrým předmětem (párátkem) vosk odstranit. Aby bylo možno vytvářet drobné detaily (okolo 1 mm), nesmí být vosková vrstva příliš silná, v opačném případě se často kvůli povrchovému napětí nedostane elektrolyt k leptanému materiálu.
Při samotném leptání je nutné kontrolovat, jestli jsou leptána všechna zamýšlená místa nebo jestli nedochází k podleptání nedbale vyrobené masky. Pozor, při vyšších proudech dochází k zahřívání elektrolytu, které může způsobit natavení voskové masky. Pro snížení povrchového napětí elektrolytu (zlepšení smáčivosti) je možné přidat několik kapek mycího prostředku.
Po vyleptání (cca 5–10 min.) lze voskovou masku snadno odstranit nahřátím předmětu v teplé vodě nebo opět v roztavením vosku. K dokonalému vyčištění a odmaštění pak poslouží houbička a prostředek na mytí nádobí.