| Elektrolyse van water op kleine schaal & knalgasbereiding | |
|
Datum: oktober 2004
Principe:
| Elektrolyse van water om knalgas en watersof en zuurstof te maken. |
Materiaal:
|
|
Uitvoering:
|
|
Experiment
1: Knalgas bereiding.
|
|
|
|
|
Experiment
2: Elektrolyse.
|
|
Resultaten:
Experiment 1:
 |
 |
| Start | Tussenstand 1 |
 |
 |
| Tussenstand 2 | Einde |
| Indien je goed kijkt kun je soms lokaal een rode kleur zien ontstaat. | |
Experiment 2:
 |
|
| Start | Tussenstand |
|
We zien welliswaar een duidelijke H2 vorming maar met de O2 vorming en de kleurverandering wil het niet echt lukken. De eerste gedachte was om het met een verse elektrode te proberen. |
|
 |
 |
|
Ook dat wilde niet echt
lukken in termen van O2 gas productie. We kunnen nu echter wel
een duidelijker roodkleuring waarnemen een teken dat er zuur gevormd
wordt. |
|
 |
 |
|
Wederom wil het met de O2
productie niet erg lukken. We zien echter weer een duidelijke
roodkleuring. |
|
 |
 |
 |
We kunnen nu wel duidelijke gasbelvorming en roodkleuring aan de anode waarnemen. Proberen we het nu met twee dunne (1 mm) grafiet elektrodes. |
 |
 |
|
We zien wederom dat er gas gevormd wordt aan de anode maar verhoudingsgewijs nog altijd te weinig. |
|
Discussie en conclusie:
Elektrolyse is een proces waarbij een chemische
reactie wordt uitgevoerd door een elektrische stroom. Bij de elektrolyse van
water wordt water geoxideerd aan de anode (negatief) en gereduceerd aan de
kathode (positief) volgens de volgende reactie.
In het eerste experiment vormen we dus een mengsel van zuurstof en waterstof. Een dergelijk mengsel noemen we knalgas. Waar deze naam op gebaseerd is wordt gevoeglijk gedemonstreerd door ons testje met de aansteker waar we een duidelijk plof hoorden op het moment dat we het gas lieten ontbranden. Als je alleen maar kraanwater gebruikt kan het ca. 1 uur duren voor je voldoende gas hebt gevormd. Toevoegen van enkele korrels natriumsulfaat verbeterd de geleidbaarheid van de oplossing en versneld het proces. Dan duurt het nog maar 10 minuten om een "kopje" knalgas te produceren. We zien echter ook dat er een bruin poeder gevormd wordt. De verklaring hiervoor is dat de H+ ionen en het zuurstof dat tijdens de reactie gevormd wordt een beetje met het ijzer van de draad reageren. In feite vindt hier corrosie plaats en vormt zich dus ijzeroxide (roest). Het elektrolyse experiment loopt niet volgens verwachting. Er worden wel waterstof belletjes gevormd maar de zuurstofbelletjes zijn niet waarneembaar. Slechts in het experiment waarbij we grafiet als elektrode gebruiken kunnen we een duidelijke gasontwikkeling van zuurstof waarnemen. De verhouding klopt echter nog niet (H2:O2 = 2:1). Een goede verklaring waar ik me 100% zeker bij voel heb ik niet. Ik kan alleen speculeren. De meest waarschijnlijke verklaring is dat in het geval van de ijzer en koper elektrodes er aan de anode een reactie plaatsvindt waarbij het elektrodemateriaal zelf bij betrokken is plaatsvindt en dus geen zuurstof gevormd wordt. Vervangen we alleen de anode door een grafietelektrode dan zien we wel dat er gas gevormd wordt aan de anode. Alleen de verhouding klopt niet. Misschien wordt het elektrode oppervlak aan de Fe-kathode echter snel groter (ruwer) waardoor meer gas geproduceerd kan worden. Daarom heb ik het experiment herhaald met twee identiek grafiet elektrodes hetgeen echter hetzelfde resultaat oplevert. Misschien is het zo dat een deel van de zuurstof eerst in het water oplost. Met deze relatief kleine hoeveelheden zou het je resultaat beïnvloeden. Idealiter zou ik het experiment nogmaals herhalen maar dan nu met platina elektrodes. Deze heb ik echter niet in mijn bezit. Al het waargenome zal wel verklaarbaar zijn, maar daarvoor zal wat dieper in de boeken gedoken moeten worden. |
||||
Opmerkingen:
|
Literatuur:
Relevante websites: Minder relevante websites:
|
Achtergrondinformatie:
| De basis van de elektrolyse is dat een paar inerte elektrodes vastgezet worden tegenover elkaar in een opstelling die ontworpen is om het H2 en O2 dat geproduceerd wordt op te vangen. De elektrodes worden dan met een batterij verbonden of met een andere spanningsbron die gelijkstroom kan leveren. | |||||||||
| Een dergelijk apparaat is vaak een zgn Hoffman elektrolyse apparaat. |
|
||||||||
Water zelf is een
slechte geleider. Daarom voegt men een elektrolyt toe die ionen levert
zodat er een stroom door de oplossing kan lopen en er dus een gesloten
stroomkring gevormd wordt. Kraanwater zelf geleidt wel omdat er al ionen
inzitten (kalk). Als men een elektrolyt toevoegt moet dit uiteraard
oplosbaar zijn in water. Een belangrijke voorwaarde is echter dat de ionen
die toegevoegd worden moeilijker te oxideren zijn dan water.
|
|||||||||
| Ionen die moeilijker te
reduceren zijn dan water zijn bv: Li+, Rb+, K+,
Cs+, Ba2+, Sr2+, Ca2+, Na+,
en Mg2+. Hiervan vormen de Na+ en K+
de meest waarschijnlijke kandidaten aangezien ze vaak goedkope
makkelijk oplosbare zouten vormen.
Het SO42- ion is het meest geschikte anion aangezien het een anion is dat zeer moeilijk te oxideren is. De oxidatiepotentiaal van het sulfaat ion naar het peroxydisulfaat ion is -2.05 V. |
Als een waterige oplossing van Na2SO4 or K2SO4 geelektrolyseerd wordt in een Hoffman apparaat verzameld zich H2 gas aan een elektrode en O2 gas aan de ander. Waarom voegen we nu broomthymolblauw als indikator toe? Broomthymolblauw wordt geel in zure oplossingen (pH < 6) en blauw in basische oplossingen (pH > 7.6). Volgens de vergelijkingen die we voor de halfreakties hebben opgesteld wordt de indicator geel bij de anode en blauw bij de kathode.
|
17-01-2017
H2 + 2 OH-