Elektrolyse av vann – del 2

Om elektrolyse (og litt til)

I elektrolyse av vann tilfører vi energi for å spalte hydrogen og oksygen i vannmolekylene fra hverandre. Denne energien vil bli avgitt med et smell når gassblandingen fyres av tilslutt. Det vil si når vi lar gassene reagere og danne vann igjen.

De fleste elever (og lærere) forundres over kraften på smellet fra en så liten mengde gassblanding! Her kan man snakke om bindingsenergier om man vil. Denne reaksjonen er svært energirik. Hydrogen og oksygen er drivstoff for romraketter, og den samme reaksjonen kan drive både vanlige bilmotorer og moderne brenselsceller. Det er også den samme reaksjonen som er sentral når cellene omsetter energi - både i fotosyntesen og i celleåndingen. Reaksjonen er derfor både sentral i mange sammenhenger og svært enkel.

Se også forklaringer under forsøket "Elektrolyse av vann - del 1".

Observasjoner og forklaringer

Løsningen inne i pipetten skifter fra grønn til blå ved tråden som er koblet til den negative polen, og den skifter til gul ved den positive polen. Det blir gassutvikling ved begge elektrodene og mest ved den der det blir blått. Det dannes litt brunt stoff ved den elektroden løsningen blir gul (den positive polen). Det smeller når innholdet i pipetten blir tent på!

Ved den positive polen: BTB skifter fra grønt til gult ved den positive polen. Det betyr at det blir surt, det blir dannet et overskudd ev H⁺-ioner. Oksygen blir oksidert og gassen som dannes er oksygen. Dette er det vanskelig å forstå for elevene. De må huske det fra det del 1 av forsøket hvor elektrolysen blir gjort i to pipetter.

Reaksjonsligning: H₂O → O₂ + 2H⁺ + 2e^-

Det brune stoffet som dannes er treverdig jern (Fe³⁺) fra blomstertråden.
Reaksjonsligning: Fe → Fe³⁺ + 3e^-

Ved den negative polen: BTB skifter fra grønt til blått ved den negative polen. Det betyr at løsningen blir basisk, det blir dannet et overskudd ev OH^--ioner. Hydrogen blir redusert og gassen som dannes er hydrogen (H₂).

Reaksjonsligning: 2 H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^-

Det saftige smellet når gassblandingen antennes betyr at knallgass (H₂ og O₂) var laget. Dette stemmer med reaksjonene ved elektrodene:

Reaksjonsligning: 2H₂ + O₂ → 2H₂O

Reaksjonsligning for forbrenningen (smellet):

2H₂+ O₂ → 2H₂O (balansert)

Når det gjelder reaksjonsligninger for elektrolysen se forsøket "Elektrolyse av vann".

Noen tips til framgangsmåten:

Vri gjerne trådene litt når du stikker dem gjennom plasten. Ikke la trådene komme i kontakt med hverandre.

La trådene stikke ut av pipetten så langt nede som mulig (se bildet til høyre). Da får du laget mer gass og det blir du glad for etterpå.

Det er ikke viktig om du stikker inn blomstertrådene fra toppen eller fra siden (bildene viser alternative måter å gjøre det på), men det er en fordel at blomstertråden stikker ut omtrent der pilen viser.

Pipette: Størrelsen er ikke viktig, men smellet til slutt blir bedre om åpningen er liten (dvs stammen er tynn). De pipettene som har kapillarstamme er likevel litt for smale for at selve elektrolysen skal bli lett å gjennomføre.

Blomstertråd: Blomstertråder er billige og lette å forme. Det er mulig å bruke andre metalltråder. I det originale Hofmann’s apparatet ble platinaelektroder brukt.

Skål: Bruk hva som helst, det skal bare dryppe ufarlig løsning i den.

Natriumsulfat-løsning kan være mettet. Det vil si du tilsetter noen skjeer Na₂SO₄ og heller på springvann (200 - 500 mL). Dekanter av løsning og tilsett BTB til du får en tydelig farge. Juster pH til BTB blir grønn. Avhengig av pH i springvannet tilsetter du HCl eller NaOH . Bruk lav konsentrasjon (f.eks 0, 1mol/L) fordi det er lettest.

Spenningskilde: Et 9 V batteri eller en variabel spenningskilde (10 - 30 V) er godt egnet.