Elektrolyse op microschaal

Datum: November 2002

Principe:

Elektrolyse van een kopersulfaat oplossing op microschaal.

Materiaal:

  • Plastic pipetje
  • Water
  • Kopersulfaat
  • Koperoxide
  • Tape
  • Voedingsbron (variabel)
  • Petrischaaltje met deksel
  • Pt draad
  • Cu draad
  • QX3 microscoop

Uitvoering:

 
  • Maak de punt van de koperelektrode schoon.
  • Plaats de elektroden in het petrischaaltje zoals geschetst in de tekeningen
  • De elektrode punten moeten ca. 5 mm van elkaar verwijderd zijn.
  • Plaats een druppel gec. kopersulfaatoplossing dusdanig dat de elektrodepunten de oplossing raken.
  • Plaats een extra druppel aan de kant. Deze dient als blanco.
  • Leg een paar korrel koperoxide in een band tussen de electrodes.

  • Plaats de deksel op het schaaltje.
  • Plaats het geheel onder de microscoop.
  • Verbind de elektroden met de gelijkspanningsbron (Pt + , Cu -).
  • Als de reacties gestart zijn verhogen we de spanning even naar 5-6 V. Observeer welk gevolg dit heeft.
  • Tegen het einde van de reactie vormen zich bellen aan beide elektrodes. Hou een vlammetje (van een lucifer) bij een van de gevormde bellen.
  • Maak regelmatig foto's met de microscoop.

 

Meetresultaten en uitwerking:

YouTube link: Elektrochemie
  • Het moge duidelijk zijn dat het me niet gelukt is om zulk een mooie opstelling als hierboven beschreven te bouwen. Vooral het CuO liet zich niet zo mooi neerleggen.
  • Er vormt zich een neerslag rond de kathode als de reactie begint. 
  • Er ontstaan belletjes aan de anode. 
  • De koper dendriet groeit naar de Pt elektrode toe.
  • Sommige CuO deeltjes worden weer koperkleurig.
  • Als we de spanning opvoeren naar 6-9 V groet de koper boom sneller.

 

Onderstaande foto's zijn na afloop van het experiment gemaakt. Vergroting 60x.

Discussie en conclusie:

Het bruine neerslag aan de negatieve pool wordt gevormd door een laagje vast koper. De sterkste oxidator in de oplossing nl. Cu2+ neemt elektronen op aan de negatieve pool. Bij de positieve pool ontstaan belletjes zuurstofgas. De sterkste reductor in de oplossing, nl. water, staat aan de positieve pool elektronen af. 
Cu2+  +  2e-  -->  Cu  

2H2O  -->  O2  +  4H+  +  4e- 		 kathode

anode
netto reactie:  Cu2++ 2H2O  -->  2Cu  +  4H+  +  O2

Opmerkingen:

  • Het is ook mogelijk om een batterij als spanningbron te gebruiken.

  • De vergroting die gebruikt is is 10x.

  • Voor verder onderzoek kan men de ruimte tussen de elektrodepunten variëren. Een andere mogelijkheid is de oriëntatie te veranderen door ze parallel te leggen.

  • Het koperoxide heb ik in een eerder experiment zelf gemaakt: CuO bereiding.

  • In feite is dit experiment een variant op het elektrodepositie experiment dat al eerder uitgevoerd is.

Literatuur:

  • 'Chemie in druppels'; Stichting C3; Exp. 16

  • Andrew Harrison; 'Fractals in Chemistry'; Oxford Universitry Press; 1995.
 

16-01-2017