Электролиз меди - простой и доступный процесс, воспроизводимый в школьных лабораторных работах. Реактив - сульфат меди (медный купорос) доступен в магазинах для садоводов. Кроме того, он не расходуется в процессе, а только лишь переносит медь с анода на катод.
А теперь приступим к делу. Раствор нужен достаточно крепкий, так что сыпьте сернокислую соль меди не жалеючи. Перемешивать желательно неметаллическим предметом. А вот подогревать раствор для улучшения растворимости не надо - процесс ведется при обычных 20 градусах или около того. Электрическая цепь состоит из последовательно включенных источника питания, выключателя, амперметра (для чисто демонстрационного опыта не нужен), электролитической ванночки и лампочки накаливания. Лампочка убережет источник тока и амперметр в случае касания электродов в ванночке друг друга, да еще и отсигнализирует яркой вспышкой о замыкании. Кроме того, она ограничит силу тока, так что качество медного покрытия не ухудшится из-за чрезмерной плотности тока, и даже, благодаря своей нелинейности, будет немножко стабилизировать силу тока в цепи. Медные электроды проще всего сделать из сложенного гармошкой толстого одножильного медного электропровода.
Можно собрать цепь, включить и убедиться, что... ничего путного не получается. Медь оседает на катоде виде мягкого черного порошка, который легко смывается или стирается пальцами.
Для качественного покрытия необходимо, чтобы в растворе, помимо медного купороса, присутствовала еще и серная кислота в количестве в 10 раз меньшем. Чистейшую кислоту для этого и множества других опытов можно приобрести в автомагазине, где она продается как электролит для свинцовых аккумуляторов. Но если нам она нужна только для этой лабораторной работы, то делать этого не надо. Нужное количество кислоты мы прямо в этом же растворе безопасно наработаем сами. Достаточно, чтобы плюсовый электрод у нас был графитным. Например, из графитового стержня от обычной батарейки или из куска графитовой накладки от троллейбусного токосъемника. Что произойдет? Медь будет, как и прежде, оседать на минусовом электроде, а вот новой меди в раствор поступать не будет. В результате произойдет такая реакция:
На аноде будут выделяться пузырьки кислорода, а в растворе накапливаться кислота. Пусть установка поработает так полчасика. После этого выньте минусовый электрод, сотрите с него первые порции осажденной меди, перемешайте раствор и дайте поработать установке еще немного для оценки качества покрытия.
Слишком черное и мягкое - еще мало кислоты, наработайте еще.
Слишком белесое в виде хрупких легко снимаемых зерен - баланс между солью и кислотой слишком смещен в сторону кислоты. Добавьте медного купороса.
Надеемся, вы будете достаточно аккуратны и осторожны. Крайне нежелательно попадание раствора внутрь организма или в глаза. Но случайное попадание капель на кожу не опасно. Подобрав нужный состав электролита, профильтруйте его от загрязнений, частиц графита и побочных продуктов реакции. Вы теперь готовы к демонстрационному опыту. Понятно, что теперь положительный полюс ванны должен быть только медным, чтобы, растворяясь, посылать в раствор новые порции меди, взамен осажденной на катоде. А отрицательный электрод может быть любым - графитовым, медным, серебряным. Особенно эффектно это смотрится с графитовым катодом. Думаем, для ваших детей это будет каким-то чудом: на черном графите без плавильных печей и сверхвысоких температур вдруг появляется слой самого настоящего металла - прочного, блестящего, проводящего ток, ну всё как полагается.
Школьные лабораторные работы обычно предполагают количественные измерения и расчеты на их основе. В разных учебниках предлагается на основе данных опыта определить либо электрохимический эквивалент меди, либо элементарный заряд электрона. Для этого в цепь надо будет включить амперметр (тестер в режиме амперметра), а также использовать обычные часы. Катод взвешивается дважды с точностью, как минимум, до десятых долей грамма - перед процессом и после осаждения меди. Чтобы следы электролита не исказили результат второго взвешивания, сначала обмойте катод после ванны чистой водой и высушите его. Для ускорения дела можно воспользоваться феном или тепловентилятором. Чтобы вес осажденной меди стал заметным и легко взвешиваемым - продлите процесс час или два. Благо, что дома вы не ограничены продолжительностью урока. Силу тока поддерживайте, изменяя расстояние между электродами, так как реостата у нас пока нет. (Но в ближайшее время мы расскажем, как его сделать самим).
По поводу фильтра для химических растворов. Решение само собой разумеющееся - использование в качестве воронки верхней части пластиковой бутылки, а в качестве фильтрующего элемента - чайного пакетика. Есть только одна деталь - горлышко пластиковых бутылок слишком широко, так что есть риск, что под тяжестью налитой в него жидкости фильтр пролетит вниз. Вырежьте из наименее изогнутой части бутылки перегородку и вставьте ее в горлышко. Теперь проблем не будет.