Autor:
Janice Evans
Datum Vytvoření:
3 Červenec 2021
Datum Aktualizace:
13 Smět 2024
Obsah
Ostatní sekceVodík je nejlehčí prvek a má mnoho průmyslových využití, včetně vytváření hydrogenovaných tuků pro použití v kuchyni a výroby uhlovodíků z uhlí. Je nezbytnou součástí molekul vody a lze ji oddělit pomocí malého množství elektřiny. Plynný vodík můžete také vyrobit pomocí některých aktivních kovů a silných kyselin. Obě metody jsou relativně jednoduché a umožní vám sbírat plynný vodík.
Kroky
Metoda 1 ze 2: Použití výtlaku vody s aktivními kovy
Shromážděte potřebné materiály. Ke sběru vodíku pomocí reakce smíchání silné kyseliny s aktivním kovem budete potřebovat: Erlenmeyerovu baňku, gumovou zátku, plastové hadičky, destilovanou vodu, zkumavky, velkou nádobu, 3M kyselinu chlorovodíkovou (HCl) a hořčíkové nebo zinkové pelety.
- Erlenmeyerova baňka je skleněná baňka, která má kónické dno a válcovité hrdlo.
- Gumová zátka je pro horní část baňky a musí mít uprostřed otvor pro průchod hadičky.
- Pro tento experiment bude fungovat buď hořčík nebo zinek, nepotřebujete obojí.
- Některé z těchto spotřebních materiálů bude pravděpodobně nutné zakoupit online nebo v obchodě s laboratorními potřebami.
Noste vhodné ochranné vybavení. Při práci se silnou kyselinou, jako je kyselina chlorovodíková, se musíte ujistit, že dodržujete náležitá bezpečnostní opatření. Noste laboratorní plášť, rukavice, boty s uzavřenou špičkou a ochranu očí.- Brýle by se měly kolem vašich očí obepínat, aby je chránily před postříkáním.
- Noste rukavice, které dobře padnou, abyste si udrželi dobrou obratnost svých rukou a prstů.
Připravte experimentální nastavení. Zasuňte jeden konec hadice do otvoru gumové zátky. Chcete, aby hadička prošla celou gumovou zátkou a aby z konce mírně vyčnívala. Naplňte velkou nádobu vodou a vložte volný konec hadičky do vody. Když experiment začne, vložíte gumovou zátku do Erlenmeyerovy baňky.- Odložte tyto kousky stranou, dokud nebudete připraveni je použít.
Ponořte zkumavku do vody. Vezměte alespoň jednu zkumavku (můžete ji použít více, chcete-li shromáždit více vodíku) a ponořte ji do vody. Nakloňte zkumavku tak, aby mohly unikat všechny vzduchové bubliny. Umístěte hadičku na horní část ponořené hadice připojené k gumové zátce na opačném konci.- Než začnete, je nezbytné, abyste z trubice odstranili všechny vzduchové bubliny. Pokud tomu tak není, plyn shromážděný v trubici bude více než jen vodík.
Do Erlenmeyerovy baňky se přidá kyselina chlorovodíková. Přidejte asi tolik kyseliny chlorovodíkové, aby se baňka naplnila asi do poloviny. Asi 100 ml by mělo stačit. Před přidáním kyseliny se ujistěte, že je baňka čistá a suchá. Noste gumové rukavice a při plnění baňky buďte opatrní.
- Dávejte pozor, abyste do kyseliny nerozlili žádnou vodu. Voda přidaná do kyseliny může vést k výbuchu a zranění.
Zahajte chemickou reakci přidáním kovových pelet do HCl. Do kyseliny chlorovodíkové v baňce přidejte hrst zinečnatých nebo hořečnatých pelet. Přesné množství, které vložíte, není důležité, ale k zahájení reakce by měla stačit malá hrstka.
- Po přidání pelet vložte zátku do baňky, aby byl systém nyní uzavřený.
Sbírejte vodík v ponořené zkumavce. Při reakci kovu s kyselinou vzniká plynný vodík. Tento vodík putuje do horní části baňky hadicí a do zkumavky ponořené ve vodě. Plyn vytlačí vodu a v horní části zkumavky byste měli vidět bublinu.
- Když se zkumavka naplní vodíkem, ponořte další zkumavku do vody a umístěte ji přes hadičku. Můžete nashromáždit tolik vodíku, kolik vyprodukuje vaše reakce.
- Zkumavky udržujte otočené dolů, aby plynný vodík neunikal do vzduchu.
Potvrďte, že plyn je vodík. Chcete-li potvrdit, že plyn je vodík, můžete provést tzv. Test dlahy. Zapalte zápalku a přidržte ji pod trubičkou. Uslyšíte „praskavý“ nebo skřípavý zvuk, který označuje přítomnost vodíku.
Metoda 2 ze 2: Použití elektrolýzy
Shromážděte potřebné materiály. V tomto experimentu použijete elektřinu k oddělení vodíku a kyslíku od molekul vody. Chcete-li sbírat plynný vodík pomocí elektrolýzy, budete potřebovat 9voltovou baterii, tužku, dvě zkumavky, plastovou nádobu, vodu, sódu na pečení, dvě velké gumičky (volitelně) a svorku na baterii se svorkami na konci.
- Aby to fungovalo, musí tužka obsahovat grafit. Tužka číslo 2 je perfektní. K tomu budou fungovat také dva malé kousky grafitu.
- Postačí malá nádoba nebo miska na skladování potravin.
- Ujistěte se, že se do spony baterie vejde 9voltová baterie a že má červený a černý vodič s aligátorovými svorkami na konci. Tyto svorky budou použity k připojení vašeho systému k baterii.
Odstraňte gumu z tužky a rozbijte tužku na polovinu. Potřebujete dva kousky grafitu, jeden pro kladný konec baterie a pro záporný konec baterie. Naostřete oba konce každého kousku tužky na určitý bod. Ujistěte se, že grafit je dobře odkrytý.
- Tento krok lze přeskočit, pokud již máte dva kusy čistého grafitu.
Omotejte 2 gumičky kolem nádoby ve tvaru X. Tento krok je volitelný, ale je to snadný způsob, jak udržet zkumavky na místě, když probíhá experiment. Protáhněte jeden gumový pás přes nádobu a druhý gumový pás přes něj tak, aby překročil první a vytvořil X.
- Pokud nepoužíváte gumičky, zajistěte zkumavky páskou nebo provázkem tak, aby během experimentu zůstaly obrácené.
Připravte jedlou sódu a vodní roztok. Rozpuštění jedlé sody ve vodě pomůže elektřině v systému. Přesné množství přidané jedlé sody není důležité, ale měla by stačit asi 1 čajová lžička na 1 šálek vody. Míchejte, dokud se úplně nerozpustí.
- K urychlení rozpouštění jedlé sody použijte teplou vodu.
Naplňte plastovou nádobu a zkumavky roztokem jedlé sody. Nádoba musí být dostatečně velká, aby pojala obě zkumavky. Přidejte dostatek roztoku, abyste nádobu naplnili asi do tří čtvrtin. Ponořte zkumavky do roztoku nádoby a otočte je dnem vzhůru. Umístěte každou zkumavku do kříže gumičky X, aby ji držela na místě.
- Je velmi důležité, aby obě zkumavky byly zcela plné vody a nezůstávaly žádné vzduchové bubliny.
Připojte krokosvorky k grafitu. Vezměte jednu svorku ze spony baterie a připevněte ji na konec jedné z tužek. Ujistěte se, že se dotýká co nejvíce grafitu. Totéž proveďte se zbývající svorkou aligátoru a tužkou.
- Jedna tužka by měla být připojena k červené svorce a jedna tužka k černé svorce.
Nezasunutý konec tužky zasuňte do zkumavky. Udržujte zkumavku zcela ponořenou a mírně ji nakloňte, abyste mohli zasunout nezauzlený konec tužky do zkumavky. Tento postup opakujte s druhou tužkou a druhou zkumavkou.
- V tomto okamžiku by mělo být vše pod vodou a uvnitř každé zkumavky by měl být jeden kousek tužky.
- Konec svorky baterie připojený k baterii udržujte mimo vodu.
Připojte připevnění baterie k 9voltové baterii. Když je vše nastaveno, jste nyní připraveni použít elektřinu poskytovanou 9voltovou baterií. Konec spony baterie by měl vyčnívat z nádoby, takže baterii jednoduše zacvakněte na místo. Jakmile je baterie připojena, měli byste si všimnout, že bubliny stoupají od konce grafitu a plovoucí k horní části každé zkumavky.
- Pokud nevidíte vytváření bublin, zkontrolujte, zda jsou krokosvorkové svorky pevně spojeny s grafitem tužky. Zkontrolujte také, zda je baterie plně nabitá.
- Zkumavka s negativním vodičem připojeným k tužce bude vyrábět vodík, zatímco zkumavka připojená k kladnému vodiči baterie bude produkovat kyslík.
Sbírejte vodík a kyslík ve dvou zkumavkách, dokud v každé zkumavce nebudete mít několik palců plynu. Nezapomeňte, že trubice připojená k negativnímu konci baterie bude mít vodík a kyslík bude v trubici připojené k pozitivnímu konci. Po jedné vyjměte zkumavky ze sklenice. Držte je vzhůru nohama a nechte odtéct vodu. Plyn v trubkách zůstane, i když ho nevidíte.
Zkouška na přítomnost vodíku. Můžete otestovat přítomnost vodíku tím, že udeříte zápalkou a přidržíte plamen až k plynu. Pokud jde o vodík, vydá velmi zřetelný „pískavý“ zvuk. Místo zápalky můžete také použít zapálenou svíčku.
- Chcete-li otestovat kyslík ve zkumavce, která byla připojena k pozitivní straně zdroje energie, vyfoukněte zapálenou zápalku (nebo svíčku) a umístěte stále zářící konec pod zkumavku. Pokud svíčka znovu zapálí, je přítomen kyslík.
Otázky a odpovědi komunity
Potřebuji dvě zkumavky, pokud chci shromažďovat pouze vodík?
Vědec pro životní prostředí Bess Ruff je studentkou geografie na Florida State University. V roce 2016 získala magisterský titul v oboru environmentální vědy a managementu na Kalifornské univerzitě v Santa Barbaře. Prováděla průzkumné práce pro projekty mořského územního plánování v Karibiku a poskytovala podporu výzkumu jako absolventka skupiny pro udržitelný rybolov.
Kolik vodíku lze shromáždit z tohoto jednoduchého experimentu elektrolýzy? A jaký by byl tlak plynného vodíku?
To záleží. Rychlost reakce (štěpení vody) je založena na ampérech baterie a době zbývající do reakce. Vodík by obvykle měl přibližně tlak na úrovni moře, pokud neprovedete experiment ve skutečně horkém nebo studeném prostředí.
Proč se vodík shromažďuje v negativní trubici
Vzhledem ke způsobu, jakým molekuly vody sdílejí elektrony, jsou atomy vodíku kladně nabité a atomy kyslíku záporně nabité. Při odtahování plynů bude kladně nabitý vodík přitahován k záporné trubici, zatímco záporně nabitý kyslík bude přitahován k kladné trubici.
Proč plyn neunikl z mé sběrné trubice plynu?
Je to vodík, plyn, který je lehčí než všechny ostatní, včetně hélia, což znamená, že zůstane ve zkumavce, dokud je uzavřený konec zkumavky nahoře, protože ostatní plyny ji vytlačují. Důvodem, proč používáme helium místo vodíku, je to, že není hořlavý. To je způsobeno skutečností, že se jedná o vzácný plyn (má plnou valenční skořápku 8 elektronů), a je proto nereaktivní.
Byl by plyn velmi hořlavý?
Ano. Podívejte se na katastrofu Hindenburg na YouTube. Zeppeliny používaly vodík, protože to byl nejlehčí plyn a bylo docela snadné ho získat. Proto také někteří výrobci automobilů pracují na automobilech na vodíkový pohon.
je to kapalná forma vodíku?
Ne - vodík v tomto experimentu bude plynný
Jak mohu zkapalnit vodík? Odpovědět
Varování
- Buďte opatrní s čistým vodíkem. Při smíchání se vzduchem je vysoce výbušný.
- Zajistěte, aby byl ze zařízení, ve kterém shromažďujete vodík, odstraněn veškerý další vzduch.
