Weird Science

Dwubarwna elektroliza

Teo­ria

Elek­tro­liza to ogólna nazwa dla wszel­kich zmian struk­tury che­micz­nej sub­stan­cji, zacho­dzących pod wpły­wem przy­ło­żo­nego do niej zew­nętrz­nego napięcia elek­trycz­nego. Często pojęcie to zawęża sie dla pro­ce­sów roz­kładu zacho­dzących pod wpły­wem prze­pływu prądu elek­trycz­nego przez elek­tro­lit. Elek­tro­li­zie towa­rzy­szyć może sze­reg dodat­ko­wych zja­wisk. Należy tu wspom­nieć dyso­cja­cję elek­tro­li­tyczną, tran­s­port jonów do elek­trod, wtórne prze­miany jonów na elek­tro­dach i inne. W sen­sie tech­no­lo­gicz­nym przez elek­tro­lizę rozu­mie się wszyst­kie te pro­cesy łącz­nie.

Elek­tro­liza zacho­dzi w ukła­dach, w których występują sub­stan­cje zdolne do roz­padu na jony czyli do joni­za­cji.

W elek­tro­li­zie elek­troda nała­do­wana ujem­nie jest nazy­wana katodą, a elek­troda nała­do­wana dodat­nio anodą. Każda z elek­trod przy­ciąga do sie­bie prze­ciw­nie nała­do­wane jony. Do katody dążą więc dodat­nio nała­do­wane kationy, a do anody ujem­nie nała­do­wane aniony. Po dotar­ciu do elek­trod jony prze­ka­zują im swój ładu­nek, a cza­sami wcho­dzą też z nimi w reak­cję che­miczną, na sku­tek czego zamie­niają się w obo­jętne elek­trycz­nie związki che­miczne lub pier­wiastki.

Elek­tro­lizę wyko­rzy­stuje się pow­szech­nie na różne spo­soby, między innymi do pro­duk­cji alu­mi­nium, wytwa­rza­nia gazów (np. wodór, tlen i chlor), oraz do gal­wa­ni­za­cji. Gal­wa­ni­za­cja jest elek­tro­li­tycz­nym pokry­wa­niem przed­mio­tów meta­liczną pow­łoką.

Elek­tro­lizę możemy zapre­zen­to­wać na wiele spo­so­bów. Wybra­łem jedną z cie­kaw­szych wizu­al­nie reak­cji elek­tro­li­tycz­nych.

Potrzebne mate­riały

Potrze­bu­jemy:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ostrze­że­nie: Cho­ciaż występu­jące w doświad­cze­niu odczyn­niki nie są sil­nymi tru­ci­znami to należy zacho­wać środki ostrożn­o­ści jak zaw­sze przy pracy z che­mi­ka­liami. Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Do otrzy­ma­nego roz­tworu skro­bii doda­jemy nie­wielką ilość jodku potasu i mie­szamy do roz­pusz­cze­nia. Następ­nie doda­jemy parę kro­pli feno­lo­fta­le­iny. Naj­le­piej byłoby gdyby roz­twór był przy­go­to­wany na wodzie desty­lo­wa­nej, ale jeśli uży­jemy wody z kranu to reak­cja też zaj­dzie. Roz­twór wtedy może być tylko nieco męt­niej­szy.

Następ­nie musimy zesta­wić pro­sty elek­tro­li­zer. Reak­cję można prze­pro­wa­dzać w poje­dyn­czym naczy­niu, ale wtedy ist­nieje ryzyko wymie­sza­nia barw. Dla­tego zasto­su­jemy elel­tro­li­zer o dzie­lo­nej objęto­ści. Jego sche­mat można zoba­czyć na poniższym rysunku:

Ilustracja

Klucz elek­tro­li­tyczny jest kawałk­iem zwi­niętej gazy lub chu­s­teczki higie­nicz­nej. Należy nasączyć go roz­two­rem. Klucz umożl­iwi prze­pływ prądu elek­trycz­nego między naczy­niami. Elek­trody są wyko­nane z nie­i­zo­lo­wa­nego drutu mie­dzia­nego. Dla zwięk­sze­nia powierzchni można je zwi­nąć w spi­ralę. Gotowy do elek­tro­lizy układ:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Roz­twory są nieco zmęt­niałe w efek­cie zasto­so­wa­nia nie­de­sty­lo­wa­nej wody.

Magia!

Do elek­trod pod­łączamy stały prąd elek­tryczny o niskim napięciu, np. 5V. Pra­wie natych­miast roz­twory w pro­bów­kach zaczy­nają się zabar­wiać: wokół katody na różowo, zaś wokół anody na nie­bie­sko. Po paru minu­tach barwy są wyraźnie widoczne.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Wyja­śnie­nie

W roz­two­rze cząsteczki jodku potasu (KI) dyso­cjują na odpo­wied­nie jony według poniższego rów­na­nia:

Ilustracja

W efek­cie w roz­two­rze obecne są jed­no­do­dat­nie kationy pota­sowe i jed­no­u­jemne (w uprosz­cze­niu) aniony jod­kowe.

Po przy­ło­że­niu do elek­trod napięcia jony na zasa­dzie oddzia­ły­wa­nia elek­tro­sta­tycz­nego będą podążać do odpo­wied­nich elek­trod: kationy do elek­trody ujem­nej, a aniony do dodat­niej. Na kato­dzie będzie docho­dziło do roz­kładu wody: uwol­niony wodór uleci z układu, w roz­two­rze pow­sta­nie nad­miar reszt wodo­ro­tlen­ko­wych OH-.

Nad­miar reszt wodo­ro­tlen­ko­wych zmie­nia odczyn roz­tworu na sil­nie zasa­dowy. Obecna w roz­two­rze feno­lo­fta­le­ina jest czu­łym wskaźn­i­kiem na zasady, w których obec­no­ści barwi się na mali­nowy kolor. To ona jest odpo­wie­dzialna za zmianę barwy roz­tworu w pierw­szej pro­bówce.

Aniony jod­kowe wędrują ku elek­tro­dzie obda­rzo­nej ładun­kiem dodat­nim. Tam oddają elek­trony ule­ga­jąc zobo­jęt­nie­niu do ato­mów jodu:

Ilustracja

Jod wiąże się z obecną w roz­two­rze skro­bią dając nie­bie­skie zabar­wie­nie.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa