Schrijver:
Janice Evans
Datum Van Creatie:
3 Juli- 2021
Updatedatum:
12 Kunnen 2024
Inhoud
Andere sectiesWaterstof is het lichtste element en kent vele industriële toepassingen, waaronder het maken van gehydrogeneerde vetten voor gebruik in de keuken en de productie van koolwaterstoffen uit steenkool. Het is een essentieel onderdeel van watermoleculen en kan met een kleine hoeveelheid elektriciteit worden afgescheiden. Je kunt ook waterstofgas produceren met behulp van enkele actieve metalen en sterke zuren. Beide methoden zijn relatief eenvoudig en stellen u in staat waterstofgas te verzamelen.
Stappen
Methode 1 van 2: Waterverplaatsing gebruiken met actieve metalen
Verzamel de benodigde materialen. Om waterstof te verzamelen met behulp van de reactie van het mengen van een sterk zuur met een actief metaal, heb je het volgende nodig: een erlenmeyer, een rubberen stop, plastic slang, gedestilleerd water, reageerbuizen, een grote container, 3 molair zoutzuur (HCl) en magnesium- of zinkkorrels.
- Een erlenmeyer is een glazen kolf met een conische bodem en een cilindrische hals.
- De rubberen stop is voor de bovenkant van de kolf en moet een gat in het midden hebben om de slang door te laten.
- Ofwel magnesium of zink zal voor dit experiment werken, je hebt beide niet nodig.
- Sommige van deze benodigdheden moeten mogelijk online of in een laboratoriumwinkel worden gekocht.
Draag geschikte beschermingsmiddelen. Wanneer u met een sterk zuur werkt, zoals zoutzuur, wilt u er zeker van zijn dat u de juiste veiligheidsmaatregelen treft. Het dragen van een laboratoriumjas, handschoenen, schoenen met gesloten neus en oogbescherming zijn essentieel.- Een veiligheidsbril moet rond de zijkanten van uw ogen worden gewikkeld om ze tegen spatten te beschermen.
- Draag handschoenen die goed passen, zodat u een goede behendigheid van uw handen en vingers behoudt.
Bereid de experimentele opstelling voor. Steek een uiteinde van de slang in het gat van de rubberen stop. U wilt dat de slang helemaal door de rubberen stop gaat en iets uit het uiteinde steekt. Vul de grote bak met water en plaats het vrije uiteinde van de slang in het water. Wanneer het experiment begint, plaatst u de rubberen stop in de erlenmeyer.- Leg deze stukjes opzij totdat je klaar bent om ze te gebruiken.
Dompel de reageerbuis onder in water. Neem minimaal één reageerbuisje (je kunt er meer gebruiken als je meer waterstof wilt opvangen) en dompel deze onder in het water. Kantel de buis zodat alle luchtbellen kunnen ontsnappen. Plaats de buis bovenop de ondergedompelde buis die aan de rubberen stop aan het andere uiteinde is bevestigd.- Het is essentieel dat alle luchtbellen uit de buis zijn verwijderd voordat u begint. Als dat niet het geval is, zal het gas dat in de buis wordt verzameld meer zijn dan alleen waterstof.
Voeg zoutzuur toe aan de erlenmeyer. Voeg voldoende zoutzuur toe om de kolf ongeveer halverwege te vullen. Ongeveer 100 ml zou voldoende moeten zijn. Zorg ervoor dat de kolf schoon en droog is voordat u het zuur toevoegt. Draag rubberen handschoenen en wees voorzichtig bij het vullen van de kolf.
- Pas op dat u geen water in het zuur morst. Water dat aan zuur wordt toegevoegd, kan tot een explosie en letsel leiden.
Start de chemische reactie door metalen pellets aan HCl toe te voegen. Voeg een handvol zink- of magnesiumkorrels toe aan het zoutzuur in de kolf. Het exacte bedrag dat u erin stopt, is niet belangrijk, maar een klein handvol zou voldoende moeten zijn om de reactie te starten.
- Plaats na het toevoegen van de pellets de stop in de kolf zodat het systeem nu gesloten is.
Verzamel de waterstof in een ondergedompelde reageerbuis. Terwijl het metaal reageert met het zuur, wordt waterstofgas geproduceerd. Deze waterstof stroomt naar de bovenkant van de kolf, door de buis en in de reageerbuis die in het water is ondergedompeld. Het gas zal het water verdringen en je zou een bellenvorm aan de bovenkant van de reageerbuis moeten zien.
- Wanneer de reageerbuis zich met waterstof vult, dompelt u een andere buis onder met water en plaatst u deze over de buis. U kunt zoveel waterstof verzamelen als er door uw reactie wordt geproduceerd.
- Houd de reageerbuizen naar beneden gericht om te voorkomen dat het waterstofgas in de lucht ontsnapt.
Bevestig dat het gas waterstof is. Om te bevestigen dat het gas waterstof is, kunt u de zogenaamde spalktest doen. Steek een lucifer aan en houd deze onder de buis. U hoort een "plof" of piepend geluid, wat aangeeft dat er waterstof aanwezig is.
Methode 2 van 2: Elektrolyse gebruiken
Verzamel de benodigde materialen. In dit experiment gebruik je elektriciteit om waterstof- en zuurstofgassen te scheiden van moleculen water. Om waterstofgas via elektrolyse op te vangen, heb je een 9 volt batterij, een potlood, twee reageerbuisjes, een plastic bakje, water, zuiveringszout, twee grote elastiekjes (optioneel) en een batterijklem met klemmen aan het uiteinde nodig.
- Het potlood moet grafiet bevatten om dit te laten werken. Een potlood met nummer 2 is perfect. Twee kleine stukjes grafiet zijn hiervoor ook geschikt.
- Een kleine bewaarbak of kom is voldoende.
- Zorg ervoor dat de batterijclip geschikt is voor een 9-volt batterij en dat deze aan het uiteinde een rode en zwarte draad heeft met krokodillenklemmen. Deze klemmen worden gebruikt om uw systeem op de accu aan te sluiten.
Verwijder de gum van het potlood en breek het potlood doormidden. Je hebt twee stukjes grafiet nodig, een voor de positieve kant van de batterij en een voor de negatieve kant van de batterij. Slijp beide uiteinden van elk stuk van het potlood tot een punt. Zorg ervoor dat het grafiet goed wordt belicht.
- Deze stap kan worden overgeslagen als u al twee stukken puur grafiet heeft.
Wikkel 2 elastiekjes om de container in een X-vorm. Deze stap is optioneel, maar het is een gemakkelijke manier om de reageerbuisjes op hun plaats te houden terwijl het experiment loopt. Rek een rubberen band over de container en rek er een tweede rubberen band over zodat deze over de eerste kruist en een X vormt.
- Als u geen elastiekjes gebruikt, zorg er dan voor dat u de reageerbuisjes met tape of touw vastzet, zodat ze tijdens het experiment ondersteboven blijven.
Maak een oplossing van zuiveringszout en water. Door zuiveringszout in water op te lossen, kan de elektriciteit in het systeem worden geleid. De exacte hoeveelheid toegevoegde baking soda is niet belangrijk, maar ongeveer 1 theelepel per 1 kopje water zou voldoende moeten zijn. Roer tot het volledig is opgelost.
- Gebruik warm water om het oplossen van de baking soda te versnellen.
Vul de plastic container en reageerbuisjes met de zuiveringszoutoplossing. De container moet groot genoeg zijn om beide reageerbuizen te bevatten. Voeg voldoende van de oplossing toe om de container voor ongeveer driekwart te vullen. Dompel de reageerbuisjes onder in de oplossing van de container en draai ze ondersteboven. Plaats elke buis in het kruis van de rubberen band X om deze op zijn plaats te houden.
- Het is erg belangrijk dat beide reageerbuisjes volledig gevuld zijn met water en dat er geen luchtbellen achterblijven.
Bevestig de alligatorklemmen aan het grafiet. Neem een klem uit de batterijclip en bevestig deze aan het uiteinde van een van de potloden. Zorg ervoor dat het zoveel mogelijk grafiet raakt. Doe hetzelfde met de overgebleven alligatorklem en het potloodstuk.
- Een potlood moet aan de rode klem worden bevestigd en een potlood aan de zwarte klem.
Schuif het ongeklemde uiteinde van het potlood in de reageerbuis. Houd de reageerbuis volledig ondergedompeld en kantel hem iets zodat u het ongeklemde uiteinde van het potlood in de buis kunt schuiven. Herhaal dit proces met het andere potlood en de andere reageerbuis.
- Op dit punt moet alles onder water zijn en moet er een potlood in elke reageerbuis zitten.
- Houd het uiteinde van de accuklem die aan de accu is bevestigd uit het water.
Bevestig de batterijklem aan de 9 volt batterij. Met alles afgesteld ben je nu klaar om de stroom van de 9 volt batterij aan te sluiten. Het uiteinde van de batterijklem moet uit de houder steken, dus klik de batterij eenvoudig op zijn plaats. Zodra de batterij is bevestigd, zou u bellen moeten zien opstijgen vanaf het uiteinde van het grafiet en naar de bovenkant van elke reageerbuis drijven.
- Als u geen luchtbellen ziet ontstaan, controleer dan of de krokodillenklemmen stevig aan het grafiet van het potlood zijn bevestigd. Controleer ook of uw batterij volledig is opgeladen.
- De reageerbuis met de negatieve draad aan het potlood zal waterstof produceren, terwijl de reageerbuis die aan de positieve draad van de batterij is bevestigd zuurstof zal produceren.
Verzamel waterstof en zuurstof in de twee reageerbuizen totdat je een paar centimeter gas in elk buisje hebt. Onthoud dat de buis die is aangesloten op het negatieve uiteinde van de batterij de waterstof bevat en dat de zuurstof zich in de buis bevindt die is verbonden met het positieve uiteinde. Haal de reageerbuisjes een voor een uit de pot. Houd ze ondersteboven en laat het water eruit lopen. Het gas in de buizen blijft, ook al kun je het niet zien.
Test op de aanwezigheid van waterstof. Je kunt de aanwezigheid van waterstof testen door een lucifer te slaan en de vlam tegen het gas te houden. Het maakt een heel duidelijk "piepend pop" -geluid als het waterstof is. Je kunt ook een brandende kaars gebruiken in plaats van een lucifer.
- Om zuurstof te testen in de reageerbuis die was aangesloten op de positieve kant van de stroombron, blaas je een brandende lucifer (of kaars) uit en plaats je het nog gloeiende uiteinde onder de reageerbuis. Als de kaars opnieuw ontsteekt, is er zuurstof aanwezig.
Vragen en antwoorden van de gemeenschap
Heb ik twee reageerbuizen nodig als ik alleen waterstof wil verzamelen?
Milieuwetenschapper Bess Ruff is een aardrijkskundestudent aan de Florida State University. Ze behaalde haar MA in Milieuwetenschappen en -management aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara in 2016. Ze heeft onderzoek gedaan naar mariene ruimtelijke ordeningsprojecten in het Caribisch gebied en verleende onderzoeksondersteuning als afgestudeerde fellow voor de Sustainable Fisheries Group.
Hoeveel waterstof kan worden verzameld uit dit eenvoudige experiment van elektrolyse? En wat zou de druk van het waterstofgas zijn?
Dat hangt ervan af. De snelheid van de reactie (watersplitsing) is gebaseerd op de stroomsterkte van de batterij en de resterende tijd om te reageren. Normaal gesproken bevindt de waterstof zich op ongeveer zeeniveau, tenzij je het experiment uitvoert in een erg warme of koude omgeving.
Waarom verzamelt de waterstof zich in de negatieve buis?
Door de manier waarop de watermoleculen elektronen delen, zijn de waterstofatomen positief geladen en de zuurstofatomen negatief. Bij het afzuigen van de gassen wordt de positief geladen waterstof aangetrokken door de negatieve buis, terwijl de negatief geladen zuurstof wordt aangetrokken door de positieve buis.
Waarom ontsnapte het gas niet uit mijn gasverzamelbuis?
Het is waterstof, een gas dat lichter is dan alle andere, inclusief helium, wat betekent dat het in de reageerbuis blijft zolang het gesloten uiteinde van de buis aan de bovenkant zit omdat de andere gassen het verdringen. De reden dat we helium gebruiken in plaats van waterstof, is dat het niet brandbaar is. Dit komt door het feit dat het een edelgas is (het heeft een volledige valentieschil van 8 elektronen) en is daarom niet reactief.
Zou het gas erg brandbaar zijn?
Ja. Bekijk de ramp met de Hindenburg op YouTube. De zeppelins gebruikten waterstof omdat het het lichtste gas was en redelijk gemakkelijk te verkrijgen. Het is ook de reden waarom sommige autofabrikanten werken aan auto's op waterstof.
is dit de vloeibare vorm van waterstof?
Nee - de waterstof in dit experiment zal gasvormig zijn
Hoe maak ik waterstof vloeibaar? Antwoord
Waarschuwingen
- Wees voorzichtig met pure waterstof. Het is zeer explosief wanneer het met lucht wordt gemengd.
- Zorg ervoor dat alle andere lucht is verwijderd uit de apparatuur waarin u waterstof opvangt.
