Ako zbierať vodík?
Na zber vodíka s výtlakom vody budete chcieť zmiešať silnú kyselinu, ako je chlorovodík, s aktívnym kovom, ako je horčík alebo zinok. Z bezpečnostných dôvodov si oblečte laboratórny plášť, rukavice, obuv s uzavretou špičkou a ochranu očí a potom pridajte kov do kyseliny v Erlenmeyerovej banke. Ako reakcia prebieha, budete môcť zbierať vodík, ktorý sa tvorí, pomocou plastových hadičiek na pripojenie banky k skúmavke ponorenej hore dnom do vody. Keď sa skúmavka naplní vzduchom, môžete ju vybrať z vody bez straty vodíka, pokiaľ ju budete držať smerom nadol. Ak chcete získať ďalšie tipy od nášho spoluautora vedy, ako napríklad zbierať vodík elektrolýzou, pokračujte v čítaní!
Na zber plynného vodíka elektrolýzou budete potrebovať 9-voltovú batériu, ceruzku, dve skúmavky, plastovú nádobu, vodu, sódu bikarbónu, dve veľké gumičky (voliteľné) a sponu na batérie so svorkami na konci.
Vodík je najľahší prvok a má mnoho priemyselných využití, vrátane výroby hydrogenovaných tukov na použitie v kuchyni a výroby uhľovodíkov z uhlia. Je to podstatná časť molekúl vody a dá sa oddeliť pomocou malého množstva elektriny. Plynný vodík môžete vyrábať aj pomocou niektorých aktívnych kovov a silných kyselín. Obe metódy sú relatívne jednoduché a umožnia vám zbierať plynný vodík.
Metóda 1 z 2: Použitie vytesnenia vody aktívnymi kovmi
- 1Zhromaždite potrebné materiály. Na zber vodíka reakciou zmiešania silnej kyseliny s aktívnym kovom budete potrebovať: Erlenmeyerovu banku, gumovú zátku, plastové rúrky, destilovanú vodu, skúmavky, veľkú nádobu, 3 -molárnu kyselinu chlorovodíkovú (HCl) a horčíkové alebo zinkové pelety.
- Erlenmeyerova banka je sklenená banka, ktorá má kónické dno a valcové hrdlo.
- Gumová zátka je pre hornú časť banky a v strede musí mať otvor, cez ktorý bude hadička prechádzať.
- Na tento experiment bude fungovať buď horčík, alebo zinok, nepotrebujete oboje.
- Niektoré z týchto spotrebných materiálov budete musieť kúpiť online alebo v obchode s laboratórnymi potrebami.
- 2Používajte vhodné ochranné prostriedky. Pri práci so silnou kyselinou, ako je kyselina chlorovodíková, sa musíte uistiť, že robíte správne bezpečnostné opatrenia. Zásadné je nosenie laboratórneho plášťa, rukavíc, obutých topánok a ochrany očí.
- Okuliare by sa mali omotávať po stranách očí, aby ich chránili pred postriekaním.
- Noste rukavice, ktoré dobre sedia, aby ste si udržali dobrú obratnosť rúk a prstov.
- 3Pripravte experimentálne nastavenie. Vložte jeden koniec hadičky do otvoru v gumovej zátke. Chcete, aby hadička prešla celou gumovou zátkou a od konca mierne trčala. Naplňte veľkú nádobu vodou a vložte voľný koniec hadičky do vody. Na začiatku experimentu vložíte gumovú zátku do Erlenmeyerovej banky.
- Odložte tieto kúsky, kým nie ste pripravení ich použiť.
- 4Skúmavku ponorte do vody. Vezmite aspoň jednu skúmavku (môžete použiť viac, ak chcete zozbierať viac vodíka) a ponorte ju do vody. Sklopte trubicu tak, aby mohli uniknúť všetky vzduchové bubliny. Rúrku umiestnite na ponorenú hadičku pripevnenú k gumovej zátke na opačnom konci.
- Je nevyhnutné, aby boli zo skúmavky odstránené všetky vzduchové bubliny skôr, ako začnete. Ak nie sú, plyn zhromaždený v trubici bude viac než len vodík.
Ak chcete zbierať vodík iba metódou elektrolýzy, môžete použiť jednu skúmavku. - 5Kyselina chlorovodíková sa pridá do Erlenmeyerovej banky. Pridajte približne toľko kyseliny chlorovodíkovej, aby sa banka naplnila do polovice. Asi 100 ml by malo stačiť. Pred pridaním kyseliny sa uistite, že je banka čistá a suchá. Pri plnení banky používajte gumené rukavice a buďte opatrní.
- Dávajte pozor, aby sa do kyseliny nerozliala voda. Voda pridaná do kyseliny môže viesť k výbuchu a zraneniu.
- 6Chemickú reakciu začnite pridaním kovových peliet do hcl. K kyseline chlorovodíkovej v banke pridajte hrsť zinkových alebo horečnatých peliet. Presné množstvo, ktoré vložíte, nie je dôležité, ale na spustenie reakcie by mala stačiť malá hrsť.
- Po pridaní peliet vložte zátku do banky tak, aby bol systém teraz zatvorený.
- 7Zozbierajte vodík do ponorenej skúmavky. Keď kov reaguje s kyselinou, vzniká plynný vodík. Tento vodík putuje na vrchol banky, hadičkou a do skúmavky ponorenej do vody. Plyn vytlačí vodu a v hornej časti skúmavky by ste mali vidieť bublinu.
- Keď sa skúmavka naplní vodíkom, ponorte ďalšiu skúmavku do vody a umiestnite ju na hadičku. Môžete zozbierať toľko vodíka, koľko vyprodukuje vaša reakcia.
- Skúmavky držte smerom nadol, aby sa zabránilo úniku vodíka do vzduchu.
- 8Uistite sa, že plyn je vodík. Aby ste potvrdili, že plyn je vodík, môžete urobiť to, čo sa nazýva test dlahy. Zapáľte zápalku a podržte ju pod trubicou. Budete počuť „puknutie“ alebo vŕzganie, čo naznačuje, že je prítomný vodík.
Metóda 2 z 2: pomocou elektrolýzy
- 1Zhromaždite potrebné materiály. V tomto experimente použijete elektrinu na oddelenie vodíkových a kyslíkových plynov od molekúl vody. Na zber plynného vodíka elektrolýzou budete potrebovať 9-voltovú batériu, ceruzku, dve skúmavky, plastovú nádobu, vodu, sódu bikarbónu, dve veľké gumičky (voliteľné) a sponu na batérie so svorkami na konci.
- Aby to fungovalo, musí mať ceruzka grafit. Ceruzka číslo 2 je perfektná. K tomu poslúžia aj dva malé kúsky grafitu.
- Malé skladovanie potravín kontajner alebo misa je dostačujúce.
- Uistite sa, že do klipu pre batériu je možné vložiť 9-voltovú batériu a že má na konci červený a čierny vodič s aligátorovými svorkami. Tieto svorky budú použité na pripojenie vášho systému k batérii.
- 2Odstráňte gumu z ceruzky a rozlomte ceruzku na polovicu. Potrebujete dva kusy grafitu, jeden na kladný koniec batérie a na záporný koniec batérie. Naostrite oba konce každého kusu ceruzky do bodu. Zaistite, aby bol grafit dobre exponovaný.
- Tento krok môžete preskočiť, ak už máte dva kusy čistého grafitu.
Vezmite aspoň jednu skúmavku (môžete použiť viac, ak chcete zozbierať viac vodíka) a ponorte ju do vody. - 3Omotajte 2 gumičky okolo nádoby v tvare x. Tento krok je voliteľný, ale je to jednoduchý spôsob, ako udržať skúmavky na mieste počas experimentu. Na nádobu natiahnite jednu gumičku a natiahnite na ňu druhú gumičku tak, aby prešla cez prvú a vytvorila písmeno X.
- Ak nepoužívate gumičky, určite zaistite skúmavky páskou alebo šnúrkou, aby počas experimentu zostali hore dnom.
- 4Vytvorte roztok sódy a vody. Rozpustenie jedlej sódy vo vode pomôže viesť elektrinu v systéme. Presné množstvo pridanej sódy bikarbóny nie je dôležité, ale mala by stačiť asi 1 čajová lyžička na 1 šálku vody. Miešajte, kým sa úplne nerozpustí.
- Na urýchlenie rozpúšťania sódy bikarbóny použite teplú vodu.
- 5Naplňte plastovú nádobu a skúmavky roztokom sódy bikarbóny. Nádoba musí byť dostatočne veľká, aby sa do nej zmestili obe skúmavky. Pridajte dostatočné množstvo roztoku na naplnenie nádoby asi do troch štvrtín. Skúmavky ponorte do roztoku v nádobe a prevráťte ich hore dnom. Každú tubu umiestnite do kríža gumičky X, aby držala na svojom mieste.
- Je veľmi dôležité, aby obe skúmavky boli úplne plné vody a nezostali žiadne vzduchové bubliny.
- 6Pripojte svorky aligátora k grafitu. Vyberte jednu svorku zo svorky batérie a pripevnite ju na koniec jednej z ceruziek. Uistite sa, že sa dotýka čo najväčšej časti grafitu. To isté urobte so zostávajúcou svorkou aligátora a kúskom ceruzky.
- Jedna ceruzka by mala byť pripevnená k červenej svorke a jedna ceruzka k čiernej svorke.
- 7Zasuňte neohnutý koniec ceruzky do skúmavky. Udržiavanie skúmavku úplne ponorené, nakloňte ju mierne, takže môžete posunúť uvoľnený koniec ceruzky do skúmavky. Tento postup zopakujte s druhou ceruzkou a druhou skúmavkou.
- V tomto mieste by malo byť všetko pod vodou a vo vnútri každej skúmavky by mal byť jeden kus ceruzky.
- Udržujte koniec spony na batériu, ktorý sa pripája k batérii, mimo vody.
Na zber vodíka s výtlakom vody budete chcieť zmiešať silnú kyselinu, ako je chlorovodík, s aktívnym kovom, ako je horčík alebo zinok. - 8Pripojte sponu na batériu k 9-voltovej batérii. Keď je všetko nastavené, teraz ste pripravení použiť elektrickú energiu, ktorú poskytuje 9-voltová batéria. Koniec klipu na batériu by mal vyčnievať z obalu, takže batériu jednoducho zacvaknite na miesto. Akonáhle je batéria pripojená, mali by ste si všimnúť bubliny vystupujúce z konca grafitu a plávajúce na vrchu každej skúmavky.
- Ak bubliny nevidíte, skontrolujte, či sú svorky aligátora pevne pripevnené k grafitu ceruzky. Tiež skontrolujte, či je batéria úplne nabitá.
- Skúmavka s negatívnym vodičom pripojeným k ceruzke bude produkovať vodík, zatiaľ čo skúmavka pripojená k kladnému vodiču batérie bude produkovať kyslík.
- 9Zbierajte vodík a kyslík v dvoch skúmavkách, kým v každej skúmavke nezostane niekoľko palcov plynu. Nezabudnite, že trubica pripojená k zápornému koncu batérie bude obsahovať vodík a kyslík bude v trubici pripojenej k kladnému koncu. Vyberte skúmavky z banky, jednu po druhej. Držte ich hore nohami a nechajte vodu odtiecť. Plyn v trubiciach zostane, aj keď to nevidíte.
- 10Test na prítomnosť vodíka. Prítomnosť vodíka môžete otestovať zapálením zápalky a podržaním plameňa pri plyne. Ak ide o vodík, bude vydávať veľmi zreteľný „piskľavý“ zvuk. Namiesto zápalky môžete použiť aj zapálenú sviečku.
- Na testovanie kyslíka v skúmavke, ktorá bola pripojená k kladnej strane zdroja energie, sfúknite zapálenú zápalku (alebo sviečku) a stále žiariaci koniec umiestnite pod skúmavku. Ak sviečka znovu zapáli, je prítomný kyslík.
- Buďte opatrní pri čistom vodíku. V zmesi so vzduchom je veľmi výbušný.
- Zaistite, aby bol zo zariadenia, v ktorom zbierate vodík, odstránený všetok ostatný vzduch.
Prečítajte si tiež: Ako porozumieť klasickej mechanike?
Otázky a odpovede
- Bol by plyn veľmi horľavý?Áno. Pozrite sa na katastrofu Hindenburg na YouTube. Zeppelíny používali vodík, pretože sú najľahším plynom a je ľahké ich získať. Aj preto niektorí výrobcovia automobilov pracujú na autách na vodíkový pohon.
- Potrebujem dve skúmavky, ak chcem zbierať iba vodík?Ak chcete zbierať vodík iba metódou elektrolýzy, môžete použiť jednu skúmavku. Uistite sa, že hadička, ktorú používate, je zapojená do záporného konca batérie.
- Koľko vodíka je možné zozbierať z tohto jednoduchého experimentu elektrolýzy? A aký by bol tlak plynného vodíka?To záleží. Rýchlosť reakcie (delenie vody) je založená na ampéroch batérie a čase, ktorý zostáva na reakciu. Ak experiment nebudete vykonávať v skutočne horúcom alebo studenom prostredí, obvykle by mal vodík približne tlak morskej hladiny.
- Prečo plyn neunikol z mojej zbernej trubice plynu?Je to vodík, plyn, ktorý je ľahší ako všetky ostatné vrátane hélia, čo znamená, že zostane v skúmavke tak dlho, kým bude uzavretý koniec skúmavky na vrchu, pretože ostatné plyny ju vytlačia. Dôvod, prečo namiesto vodíka používame hélium, je ten, že nie je horľavý. Je to spôsobené tým, že ide o vzácny plyn (má plný valenčný obal 8 elektrónov), a preto nie je reaktívny.
- Prečo sa vodík zhromažďuje v negatívnej trubici?Vďaka spôsobu, akým molekuly vody zdieľajú elektróny, sú atómy vodíka kladne nabité a atómy kyslíka nabité záporne. Pri odťahovaní plynov bude kladne nabitý vodík priťahovaný k zápornej trubici, zatiaľ čo záporne nabitý kyslík bude priťahovaný k pozitívnej trubici.
- je to kvapalná forma vodíka?Nie - vodík v tomto experimente bude plynný
Nezodpovedané otázky
- Ako môžem skvapalniť vodík?
Komentáre (4)
- Pomohlo mi to pri mojom experimente s hydroelektrolýzou. Ďakujem!
- Pomáha mať obrázky!
- Veľmi mi to pomohlo, pretože sa mi zdá, že som na to zabudol už od hodiny chémie.
- Pomohla mi hĺbková príroda.
