Autor:
Janice Evans
Data Utworzenia:
3 Lipiec 2021
Data Aktualizacji:
13 Móc 2024
Zawartość
Inne sekcjeWodór jest najlżejszym pierwiastkiem i ma wiele zastosowań przemysłowych, w tym do wytwarzania tłuszczów uwodornionych do użytku w kuchni oraz do produkcji węglowodorów z węgla. Jest istotną częścią cząsteczek wody i można go oddzielić przy użyciu niewielkiej ilości prądu. Możesz również produkować wodór przy użyciu niektórych aktywnych metali i mocnych kwasów. Obie metody są stosunkowo proste i pozwolą na zebranie wodoru.
Kroki
Metoda 1 z 2: Stosowanie wypierania wody z metalami aktywnymi
Zbierz niezbędne materiały. Aby zebrać wodór za pomocą reakcji mieszania mocnego kwasu z aktywnym metalem, będziesz potrzebować: kolby Erlenmeyera, gumowego korka, plastikowej rurki, wody destylowanej, probówek, dużego pojemnika, 3-molowego kwasu solnego (HCl) i granulki magnezu lub cynku.
- Kolba Erlenmeyera to szklana kolba ze stożkowym dnem i cylindryczną szyjką.
- Gumowy korek znajduje się na górze kolby i musi mieć pośrodku otwór na rurkę.
- W tym eksperymencie sprawdzi się magnez lub cynk, nie potrzebujesz obu.
- Niektóre z tych materiałów mogą wymagać zakupu online lub w sklepie z artykułami laboratoryjnymi.
Nosić odpowiedni sprzęt ochronny. Podczas pracy z silnym kwasem, takim jak kwas solny, chcesz się upewnić, że podejmujesz odpowiednie środki ostrożności. Konieczne jest noszenie fartucha laboratoryjnego, rękawiczek, butów z zakrytymi palcami i ochrony oczu.- Gogle powinny owijać się po bokach oczu, aby chronić je przed zachlapaniem.
- Noś rękawiczki, które są odpowiednio dopasowane, aby zachować dobrą zręczność rąk i palców.
Przygotuj konfigurację eksperymentalną. Włóż jeden koniec rurki do otworu gumowego korka. Chcesz, aby rurka przechodziła przez gumowy korek i lekko wystawała z końca. Napełnij duży pojemnik wodą i umieść wolny koniec rurki w wodzie. Kiedy eksperyment się rozpocznie, gumowy korek włożysz do kolby Erlenmeyera.- Odłóż te elementy na bok, aż będziesz gotowy do użycia.
Zanurz probówkę w wodzie. Weź przynajmniej jedną probówkę (możesz użyć więcej, jeśli chcesz zebrać więcej wodoru) i zanurz ją w wodzie. Przechylić rurkę, aby wszystkie pęcherzyki powietrza mogły uciec. Umieścić rurkę na zanurzonej rurce przymocowanej do gumowego korka na drugim końcu.- Przed rozpoczęciem konieczne jest usunięcie wszystkich pęcherzyków powietrza z rurki. Jeśli tak nie jest, gaz zebrany w rurze będzie czymś więcej niż tylko wodorem.
Dodaj kwas solny do kolby Erlenmeyera. Dodaj tyle kwasu solnego, aby napełnić kolbę mniej więcej do połowy. Około 100 ml powinno wystarczyć. Przed dodaniem kwasu upewnij się, że kolba jest czysta i sucha. Załóż gumowe rękawice i zachowaj ostrożność podczas napełniania kolby.
- Uważaj, aby nie rozlać wody do kwasu. Woda dodana do kwasu może spowodować eksplozję i obrażenia.
Rozpocznij reakcję chemiczną, dodając pastylki metalu do HCl. Dodaj garść granulek cynku lub magnezu do kwasu solnego w kolbie. Dokładna kwota, którą włożysz, nie jest ważna, ale mała garść powinna wystarczyć, aby rozpocząć reakcję.
- Po dodaniu peletek umieść korek w kolbie, aby system był teraz zamknięty.
Zbierz wodór do zanurzonej probówki. Gdy metal reaguje z kwasem, powstaje wodór. Wodór ten przemieszcza się do górnej części kolby, przez rurki i do probówki zanurzonej w wodzie. Gaz wyprze wodę i powinieneś zobaczyć pęcherzyk na górze probówki.
- Kiedy probówka napełni się wodorem, zanurz inną probówkę wodą i umieść ją na rurce. Możesz zebrać tyle wodoru, ile wytworzy Twoja reakcja.
- Trzymaj probówki skierowane w dół, aby wodór nie wydostał się do powietrza.
Potwierdź, że gazem jest wodór. Aby potwierdzić, że gazem jest wodór, można wykonać tzw. Test szyny. Zapal zapałkę i przytrzymaj ją pod rurką. Usłyszysz „trzask” lub pisk wskazujący na obecność wodoru.
Metoda 2 z 2: użycie elektrolizy
Zbierz niezbędne materiały. W tym eksperymencie użyjesz elektryczności do oddzielenia gazów wodoru i tlenu od cząsteczek wody. Aby zebrać wodór za pomocą elektrolizy, potrzebujesz 9-woltowego akumulatora, ołówka, dwóch probówek, plastikowego pojemnika, wody, sody oczyszczonej, dwóch dużych gumek (opcjonalnie) i klipsa do akumulatora z zaciskami na końcu.
- Aby to zadziałało, ołówek musi mieć grafit. Ołówek numer 2 jest doskonały. Do tego sprawdzą się również dwa małe kawałki grafitu.
- Wystarczy mały pojemnik lub miska do przechowywania żywności.
- Upewnij się, że zacisk baterii może pasować do 9-woltowej baterii i że ma czerwono-czarny przewód z zaciskami krokodylowymi na końcu. Te zaciski będą używane do podłączenia systemu do akumulatora.
Zdejmij gumkę z ołówka i przełam ołówek na pół. Potrzebujesz dwóch kawałków grafitu, jednego na dodatni koniec baterii i na ujemny koniec baterii. Naostrz oba końce każdego kawałka ołówka do punktu. Upewnij się, że grafit jest dobrze wyeksponowany.
- Ten krok można pominąć, jeśli masz już dwa kawałki czystego grafitu.
Owiń 2 gumki wokół pojemnika w kształcie litery X. Ten krok jest opcjonalny, ale jest łatwym sposobem na utrzymanie probówek na miejscu podczas trwania eksperymentu. Naciągnij jedną gumkę na pojemnik i naciągnij na nią drugą gumkę tak, aby przecinała pierwszą, tworząc znak X.
- Jeśli nie używasz gumek, pamiętaj, aby zabezpieczyć probówki taśmą lub sznurkiem, tak aby podczas eksperymentu pozostawały do góry nogami.
Przygotuj roztwór sody oczyszczonej i wody. Rozpuszczenie sody oczyszczonej w wodzie pomoże w poprowadzeniu prądu w systemie. Dokładna ilość dodanej sody oczyszczonej nie jest ważna, ale powinno wystarczyć około 1 łyżeczki na 1 szklankę wody. Mieszaj aż do całkowitego rozpuszczenia.
- Użyj ciepłej wody, aby przyspieszyć rozpuszczenie sody oczyszczonej.
Napełnij plastikowy pojemnik i probówki roztworem sody oczyszczonej. Pojemnik musi być wystarczająco duży, aby pomieścić obie probówki. Dodaj tyle roztworu, aby napełnić pojemnik około trzech czwartych. Zanurz probówki w roztworze pojemnika i odwróć je do góry dnem. Umieść każdą rurkę w krzyżu gumki X, aby utrzymać ją na miejscu.
- Bardzo ważne jest, aby obie probówki były całkowicie wypełnione wodą i nie pozostały żadne pęcherzyki powietrza.
Przymocuj zaciski krokodylkowe do grafitu. Zdejmij jeden zacisk z klipsa baterii i przymocuj go do końca jednego z ołówków. Upewnij się, że dotyka jak największej części grafitu. Zrób to samo z pozostałym zaciskiem krokodylkowym i ołówkiem.
- Jeden ołówek należy przymocować do czerwonego zacisku, a jeden ołówek do czarnego zacisku.
Wsuń niezaciśnięty koniec ołówka do probówki. Trzymając probówkę całkowicie zanurzoną, przechyl ją lekko tak, aby można było wsunąć niezaciśnięty koniec ołówka do probówki. Powtórz ten proces z drugim ołówkiem i drugą probówką.
- W tym momencie wszystko powinno być pod wodą, aw każdej probówce powinien znajdować się jeden ołówek.
- Trzymaj koniec zacisku, który jest przymocowany do baterii, poza wodą.
Przymocuj zacisk akumulatora do akumulatora 9-woltowego. Po skonfigurowaniu wszystkiego jesteś teraz gotowy do podłączenia energii elektrycznej z akumulatora 9-woltowego. Koniec klipsa baterii powinien wystawać z pojemnika, więc po prostu przypnij baterię na miejscu. Po podłączeniu baterii powinieneś zauważyć pęcherzyki unoszące się od końca grafitu i unoszące się w górę każdej probówki.
- Jeśli nie widzisz bąbelków, sprawdź, czy zaciski krokodylowe są mocno przymocowane do grafitu ołówka. Sprawdź także, czy bateria jest w pełni naładowana.
- Probówka z przewodem ujemnym podłączonym do ołówka będzie wytwarzać wodór, podczas gdy probówka podłączona do przewodu dodatniego akumulatora będzie wytwarzać tlen.
Zbierz wodór i tlen w dwóch probówkach, aż w każdej z nich będzie kilka cali gazu. Pamiętaj, że rurka podłączona do ujemnego końca akumulatora będzie miała wodór, a tlen będzie w rurce podłączonej do dodatniego końca. Wyjmij probówki ze słoika, pojedynczo. Trzymaj je do góry nogami i pozwól wodzie spłynąć. Gaz w rurkach pozostanie, mimo że go nie widać.
Sprawdź na obecność wodoru. Możesz sprawdzić obecność wodoru, zapalając zapałkę i zbliżając płomień do gazu. Wydaje bardzo wyraźny „piskliwy pop” dźwięk, jeśli jest to wodór. Zamiast zapałki możesz też użyć zapalonej świecy.
- Aby przetestować zawartość tlenu w probówce podłączonej do dodatniej strony źródła zasilania, zdmuchnij zapaloną zapałkę (lub świecę) i umieść nadal świecący koniec pod probówką. Jeśli świeca ponownie się zapali, obecny jest tlen.
Pytania i odpowiedzi społeczności
Czy potrzebuję dwóch probówek, jeśli chcę zbierać tylko wodór?
Naukowiec środowiska Bess Ruff jest doktorantką geografii na Florida State University. W 2016 r. Uzyskała tytuł magistra nauk o środowisku i zarządzania na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara. Prowadziła prace geodezyjne w projektach planowania przestrzennego obszarów morskich na Karaibach oraz jako absolwentka grupy Sustainable Fisheries Group zapewniała wsparcie badawcze.
Ile wodoru można zebrać z tego prostego eksperymentu elektrolizy? A jakie będzie ciśnienie wodoru?
To zależy. Szybkość reakcji (rozszczepianie wody) jest oparta na amperach akumulatora i czasie pozostałym do reakcji. Zwykle wodór byłby pod ciśnieniem zbliżonym do poziomu morza, chyba że eksperyment przeprowadza się w naprawdę gorącym lub zimnym środowisku.
Dlaczego wodór zbiera się w rurze ujemnej
Ze względu na sposób, w jaki cząsteczki wody dzielą się elektronami, atomy wodoru są naładowane dodatnio, a atomy tlenu - ujemnie. Podczas wyciągania gazów dodatnio naładowany wodór zostanie przyciągnięty do ujemnej rury, podczas gdy ujemnie naładowany tlen zostanie przyciągnięty do dodatniej rury.
Dlaczego gaz nie ulotnił się z mojego przewodu zbiorczego gazu?
Jest to wodór, gaz lżejszy od wszystkich innych, w tym hel, co oznacza, że pozostanie w probówce tak długo, jak zamknięty koniec probówki będzie na górze, ponieważ inne gazy go wypierają. Powodem, dla którego używamy helu zamiast wodoru, jest to, że nie jest on łatwopalny. Wynika to z faktu, że jest to gaz szlachetny (ma pełną powłokę walencyjną 8 elektronów) i dlatego jest niereaktywny.
Czy gaz byłby bardzo łatwopalny?
Tak. Zobacz katastrofę Hindenburga na YouTube. Zeppeliny wykorzystywały wodór, ponieważ był to najlżejszy gaz i dość łatwy do zdobycia. Z tego też powodu niektórzy producenci samochodów pracują nad samochodami napędzanymi wodorem.
czy to jest płynna postać wodoru?
Nie - wodór w tym eksperymencie będzie w stanie gazowym
Jak skroplić wodór? Odpowiedź
Ostrzeżenia
- Uważaj na czysty wodór. Po zmieszaniu z powietrzem jest silnie wybuchowy.
- Upewnij się, że całe inne powietrze zostało usunięte z urządzenia, w którym gromadzisz wodór.
