Опыты с полученным водородом и подготовка к ним - здесь.
Любой школьник, пытавшийся для получения водорода и кислорода скомбинировать стакан с водой, пару электродов и батарейку, быстро убеждался, что процесс практически не идет. Дело тут вовсе не в материале электродов. Обычные железяки - очень даже хороший вариант. Дело в низкой электропроводности воды. Улучшить ее и в тоже время получить чистое разложение воды почти без каких-либо других побочных реакций могут либо едкие щелочи, либо сильные неорганические кислоты. Благо, что очень уж крепкий и едкий раствор делать нет нужды. В промышленности обычно используют наиболее дешевые и распространенные гидроксид натрия или же серную кислоту. Но даже это домашнему экспериментатору взять в готовом виде непросто. Поэтому мы применим более доступный и безопасный реактив - гидрокарбонат натрия - обычную пищевую соду (примерно 2 столовые ложки на 0,5 литра воды).
Этот электролит не столь эффективен, как упомянутые ранее. На серной кислоте или NaOH процесс хорошо разгонится и при 1,5-2 вольтах, а нам придется подавать около 9. Конечно, не от слабосильной батарейки "Крона", а от блока питания или более мощных батарей или аккумуляторов. Так мы сможем разогнать ток через электролизер до 200-300 мА, что позволит вам за 1,5 - 2 часа стать обладателями около 100 мл газообразного водорода.
Установку сделаем, как полагается, по-взрослому - со сбором вырабатываемых газов над водой. Подберите 2 сосуда емкостью около 100 мл, желательно узких и высоких и прозрачных. Их мы поместим в электролизер вверх дном. Основной ванной станет отрезанная нижняя половина обычной пластиковой бутылки. По мере наработки газов они будут вытеснять жидкость из сборных сосудов и электролизер станет переполняться. Поэтому основную ванну сделаем в виде отливного сосуда. Как это сделать, мы описывали ранее. Само собой понадобится еще одна пластиковая бутылка, чтобы вырезать из нее стакан подходящей высоты, куда будут сливаться избытки электролита. Боковая поверхность бутылки тоже пригодится. Из нее вырежем пластинку, которая будет устойчиво удерживать верхние части газосборных сосудов. Вырежьте в ней два отверстия по форме этих сосудов так, чтобы они располагались вплотную друг к другу. Пластинку зажмем в штативе на уровне верхней части газосборных сосудов.
Все же мы столкнемся с проблемой разрушения плюсового электрода. Лучше всего, конечно, был бы золотой или платиновый (может, у кого из читателей где-то завалялся такой))). Поэтому возьмем самый стойкий из доступных нам - графитовый из стержня от старой батарейки. Плотно обкрутим один из его концов проводом. Затем наденем на это место термоусадочную трубку. Обжимаясь, она еще лучше прижмет провод к графиту и защитит его от разъедания. Сразу же, пока трубка еще горячая, загните ее на 180 градусов. Минусовый электрод может быть из жестяной пластинки или гармошки или спиральки из толстой проволоки. Его также загните наверх на манер рыболовного крючка, чтобы его было удобно вставлять в газосборный сосуд. Высота электродов должна быть немного ниже уровня жидкости в отливном сосуде. Части проволоки, которые будут находиться вне газосборных сосудов, должны быть изолированы.
Готовим установку к работе так: наливаем отливной сосуд почти полностью. Подставляем стакан для слива излишков жидкости. Затем наливаем газосборные сосуды электролитом, закрываем горлышко кусочком резины или просто пальцем, переворачиваем и ставим в электролизер, вставив верхнюю часть сосудов в крепежную пластинку. Слегка приподнимая газосборные сосуды, введите в них электроды.
Если дно отливного сосуда у вас ровное и газосборные сосуды к нему хорошо прилегают, то вы можете столкнуться с неприятной ситуацией - стенки сосудов перережут "жидкий провод" между электродами и ток резко упадет. В таком случае подложите под горлышки сосудов что-нибудь коррозионно-стойкое, чтобы приподнять их над дном. Сойдет, например, обрезок пустого стержня от гелевой ручки или той же термоусадочной трубки.
Хорошо бы, конечно, иметь амперметр, чтобы видеть, при каком положении частей установки получается наибольший ток, но без замыкания. Если у вас получился хороший ток, то через некоторое время вы ощутите небольшой нагрев электролита. Ведь с точки зрения физики обладающая электросопротивлением вода ничем не отличается от куска угля или нихромовой проволоки.
Плюсовый электрод у нас все равно будет немножко разрушаться. Электролит будет грязниться частичками графита, а получаемый кислород - углекислым газом. Но это нам не помешает.
Наработав нужное количество водорода, желательно полный сосуд, выключите ток и осторожно приподнимите сосуд над минусовым электродом, чтобы слить остатки жидкости. Не переворачивая, поставьте сосуд на пластилиновую лепешку. Вы готовы к описанным ранее опытам с водородом!
ОПЫТ С КИСЛОРОДОМ.
У нас также получилось некоторое количество кислорода. Зажмите горлышко сосуда (с работавшим электролитом это надо делать в перчатке) и переверните его. Кислород тяжелее воздуха, так что хранить его надо обычным образом. Внизу у нас в сосуде будут остатки электролита, а вверху - кислород. Но разница эта невелика, так что, чтобы уменьшить его перемешивание с окружающим воздухом, чем-нибудь сразу накройте сосуд.
На скорую руку проще всего показать опыт с тлеющей лучинкой. Выстругайте, по возможности НЕровно, длинную тонкую щепочку и зажгите ее. Дождитесь, когда она хорошо разгорится и обуглится. Сдуйте пламя так, чтобы осталось несколько красных тлеющих точек. Суньте лучинку в сосуд с кислородом - и они на время разгорятся.
ОПЫТЫ С МЕДЬЮ.
Медь - очень интересный с химической точки зрения металл. Она не очень активна, а это значит, что ее соединения, напротив, могут показать что-то интересное. Вы уже знаете, что нагреваясь на воздухе, она превращается в черный оксид меди. Что она может быть обратно восстановлена из этого оксида его нагревом в атмосфере водорода. Радиолюбительская часть читателей канала неоднократно травила медь в растворе хлорного железа.
Если вам для ваших опытов требуется еще водород, то проведем электролиз снова, но на этот раз плюсовый электрод сделаем из медной проволоки. Вы увидите, что жидкость в сосуде над плюсовым электродом приобретает голубой цвет, а кислорода выделяется намного меньше. Всё потому, что электричество уходит на другую реакцию - образование гидроксида меди.
Это вещество малорастворимо в воде, так мы без труда его выделим с помощью фильтра. Как сделать фильтр из подручных материалов мы писали здесь. Промойте фильтр чистой водой, чтобы вымыть из вещества остатки соды. Соберите и высушите получившийся голубой осадок. Мы получили гидроксид меди.
Вещество это нестойкое и при нагреве легко разлагается, образуя уже знакомый вам черный оксид меди. Опыт просто провести, нагревая насыпанное на полоску жести вещество. Лучше над пламенем газовой плиты - тогда вы будете уверены, что получившееся черное вещество - это не копоть.