Experiment se získáváním vodíku doma – Zábavná chemie od Natalie Bryancevové

Na Zemi se vodík v čisté formě téměř nikdy nenachází a v běžném životě se s ním nesetkáváme. Ale ve sloučeninách je to druhý největší prvek v zemské kůře podle počtu atomů po kyslíku. Všechny živé bytosti na Zemi, včetně vás a mě, jsou přibližně ze 2/3 vodík.

Klíčová slova: vodík, výroba vodíku.

Co je tedy vodík? Jaké má vlastnosti? Jak se získává a používá v pozemských podmínkách? Je možné získat vodík doma a jaký je nejlepší způsob, jak to udělat? Na tyto a další otázky se pokusíme odpovědět v průběhu naší vědecké práce.

Vodík je nejjednodušší prvek v přírodě, který se skládá z jediného protonu a elektronu, který kolem něj obíhá. O výrobě vodíku se poprvé zmínil anglický vědec Robert Boyle, který v roce 1671 provedl reakci mezi železnými pilinami a zředěnými kyselinami. Ruský název „vodík“ navrhl chemik M. F. Solovjov v roce 1824 – analogicky s „kyslíkem“ M. V. Lomonosov. Oficiální latinský název pro vodík je „Hydrogenium“.

V průmyslu se vodík vyrábí především z fosilních paliv. V prvé řadě jde o zemní plyn, metan, se kterým se většina z nás může v kuchyni setkat, pokud máte plynový sporák. Vodík se získává z lehkých frakcí ropy. Třetím nejoblíbenějším zdrojem vodíku je uhlí.

Nejdostupnější metodou pro opakování doma je rozklad vody elektrickým proudem (elektrolýza).

K provedení našeho experimentu jsme vzali starou nabíječku 5 V 750 mA a uhlíkové elektrody z běžných solných baterií. Pro měření průtoku proudu byl použit multimetr.

Pro shromažďování a měření výsledných plynů byla voda nalita do lahví a připevněna k hlavní nádobě hrdlem dolů, přičemž byla ponořena do elektrolytu. Aby se do láhve nedostal vzduch. Celkem nádoba a lahve obsahovaly asi 1,5 litru vody. Jak se dalo očekávat, s čistou vodou se po přivedení napětí z nabíječky nic nestalo. Multimetr ukázal téměř nulový proud. Když se ale do vody přidaly dvě lžičky sody, elektrolýza se zintenzivnila, na obou elektrodách se začaly objevovat bublinky plynu a multimetr ukazoval proud 15 mA. Při tak malém proudu se za den (24 hodin) shromáždilo pouze 0,11 litru vodíku (asi půl sklenice). Ve druhé láhvi se shromáždilo přibližně 2krát méně kyslíku. To znamená, že ve vodě je dvakrát více vodíku než kyslíku.

Pozorování vývoje vodíku v důsledku interakce kovů se zředěnými kyselinami bylo vůbec první v historii chemie. A doma se to dá poměrně snadno zopakovat. K tomu potřebujeme kov, nejlépe aktivnější a kyselinu. V našem experimentu jsme zvolili elektrolyt olověných baterií, který lze nalézt ve vašem místním autoservisu, a zinek z použitých solných baterií. Ke sběru vodíku byla stejně jako v případě elektrolýzy použita obrácená láhev s hrdlem ponořeným do vody. Elektrolyt byl dodatečně zředěn vodou v poměru 50 ml roztoku kyseliny sírové na 150 ml. voda. Z baterie jsme získali asi 1 g zinku Za 12 hodin se veškerý kov rozpustil a dostali jsme 0.7 litru vodíku.

Další oblíbenou metodou je interakce kovů s alkáliemi. Pro experiment jsme zvolili dvě možnosti, které byly po ruce – kousky drátu a pečicí fólie. Louh (hydroxid sodný) lze nalézt v železářstvích jako čistič odpadů (například MOLE). Nastavení výroby bylo téměř stejné jako v experimentu s kyselinou a zinkem. Roztok v obou experimentech byl stejný: 20 ml alkálie a 200 ml vody. V prvním experimentu jsme použili drát o průměru 1.5 mm, ve druhém – kusy fólie. V obou případech byla hmotnost hliníku 1 g. V prvním experimentu bylo možné získat 1.2 litru vodíku, což trvalo 34 hodin. Ve druhém experimentu se fólie rozpustila za 1 hodinu 20 minut a uvolnilo se 1.4 litru vodíku. Z těchto experimentů můžeme usoudit, že rychlost reakce silně závisí na ploše, na které k ní dochází. Při pokusu s fólií byl povrch mnohonásobně větší než při pokusu s drátem. Ještě větší rychlosti lze dosáhnout, pokud si vezmete hliníkový prášek. V tomto případě bude poměr povrchové plochy k hmotnosti největší.

Při pokusech s výrobou vodíku se tedy jako nejrychlejší a nejdostupnější metoda ukázala interakce hliníkové fólie s alkálií. Ale pokud je nutné vyrábět vodík pravidelně a ve velkém množství, pak by měla být na prvním místě elektrolýza, protože nepotřebuje žádné jiné spotřební materiály než vodu. Je pravda, že to bude vyžadovat vážnější instalaci než nabíječka telefonu a pár lahví.

V rámci vědecké práce jsme se seznámili s nejčastější, ale v běžném životě vzácnou látkou, vodíkem. Naučili jsme se jej získat různými způsoby a vybrali ten nejpohodlnější pro domácí realizaci – účinek čističe odpadů s obsahem alkálií na hliníkovou fólii.

Z vlastní zkušenosti jsme se také dozvěděli, že vodík je hořlavý a výbušný plyn, ale lze jej použít k plnění balónků, aby mohly létat. Vyplatí se je však držet dál od otevřeného ohně.

Jak si vyrobit vodíkový generátor doma

vodík – rozšířený prvek. Díky své jedinečnosti může působit jako oxidační činidlo i jako redukční činidlo. Je jich několik způsoby získávání vodíku.

Průmyslová metoda výroby vodíku.

1. Elektrolýza vodných roztoků solí (kuchyňská sůl NaCl).

2. Vedení páry přes horký koks (T = 1000 °C):

A ve 2. stupni se vodní plyn vede přes oxid železa. (III) při teplotě asi 450 °C:

Tato reakce se často nazývá smyková reakce.

3. Získávání ze zemního plynu. Základem je přeměna metanu (hlavní složka zemního plynu, CH₄) s vodní párou. Výsledkem je vratná směs nazývaná syntézní plyn. Podmínky procesu: niklový katalyzátor a 1000 °C:

Tato reakce se často používá k výrobě vodíku pro Haberovu reakci (syntéza amoniaku).

4. Krakování ropných produktů.

Laboratorní metoda výroby vodíku.

1. Vlivem zředěných kyselin na kovy, které jsou v napěťové řadě vlevo od vodíku.

2. Elektrolýza kyselých a alkalických roztoků uvolňuje vodík na katodě.

3. Vliv alkálií na zinek nebo hliník:

4. Hydrolýza hydridů:

5. Reakce vápníku s vodou:

Možná jste si všimli, že tyto balónky nelétají – oxid uhličitý v nich je těžší než vzduch.

Dnes jsem vám chtěl nabídnout, abyste získali létající míč, ale. Běda. Něco se pokazilo, myslím, že dokonce vím co. Každopádně můj balon neletěl. Po analýze mých chyb jsem si uvědomil, že musím vzít větší láhev a více všech reaktantů. A nepokládejte hned balónek na láhev, ale nechte vodík vytlačit vzduch z láhve a teprve potom sbírejte vodík. Obecně se podívej, co jsem dostal, a neopakuj své chyby.

Pojďme si trochu odpočinout od sody, se kterou pracujeme už docela dlouho, a udělat si chemii s naším starým kamarádem – hydroxidem sodným neboli „Krtkem“. Provedeme experiment na získání vodíku – jím naplněný balón letí vzhůru (no, teoreticky by měl letět nahoru).

Pro experiment budeme potřebovat:

• láhev s úzkým hrdlem, jako v předchozím experimentu
• balón
• hydroxid sodný připravený jako zde
• malý kousek hliníkové fólie. Můžete použít pečicí fólii, nebo můžete zkusit použít obal z čokolády. Použila jsem pečící folii
• horký stojan, protože roztok, se kterým budeme pracovat, se zahřeje.

Protože budeme pracovat s žíravinou – hydroxidem sodným, nezapomeňte na bezpečnostní pravidla! A neodstraňujte je – jde o váš život a vaše zdraví! A pokud tento experiment provedete s dětmi, pak i s jejich zdravím.

1. Kouličku vyzkoušíme na lahvičce. Mělo by být velmi pevně připevněno ke krku a nemělo by se uvolnit pod tlakem plynu.

2. Do lahvičky nalijte 200 ml (pomocí odměrky) roztoku hydroxidu sodného. Sklenice by měla mít výlevku, aby se zabránilo rozlití žíravého roztoku, nebo nalít přes nálevku. Je lepší, když si vezmete větší láhev, například od vodky nebo vína, protože budeme potřebovat poměrně velký objem roztoku. Zkoušel jsem to udělat v malé lahvičce s octem, ale můj balónek se slabě nafoukl.

3. Vezměte fólii a natrhejte ji na malé kousky, aby se snadno vešly do hrdla láhve.

4. Vhoďte fólii do láhve s hydroxidem sodným.

5. Nasaďte balónek na láhev.

6. Umístěte láhev na horký podstavec a počkejte několik minut. V láhvi se začnou objevovat bublinky plynu – při reakci mezi hydroxidem sodným a hliníkem, ze kterého je fólie vyrobena, se uvolňuje vodík a kulička se jím postupně naplní.

7. Chcete-li balónek vyjmout bez uvolnění plynu, jemně otočte balónek na základně a poté jej vyjměte, přičemž jej pevně držte. Svažte to nití.

Poznámka! Během experimentu a po něm buďte velmi opatrní, protože láhev bude velmi horká. Vychladnutí bude trvat poměrně dlouho!

A ještě jedna věc. Některá videa tohoto experimentu ukazují, jak experimentátor zapaluje balónek naplněný vodíkem. Nedoporučuji to dělat. Za prvé, úlomky gumy z létajícího míče mohou bolestivě zasáhnout oči. Zadruhé, zvuková vlna z tlesknutí může docela dost procházet vašimi ušními bubínky. No, za třetí, a to nejdůležitější, neexistuje absolutně žádná záruka, že získáte čistý vodík, který hoří dostatečně hladce. Klidně se vám může dostat do vzduchu výbušný plyn, tedy směs vodíku a kyslíku, která vybuchne tak prudce, že vám to bude připadat jako maličkost. Můžete mě označit za zbabělého přehnaně opatrného člověka, máte na to právo, ale důrazně doporučuji neriskovat! Jestli se tak rozhodnete, bude to zcela na vašem svědomí.

Tak si užijte létající koule a udělejte radost sobě i svým blízkým!

Mimochodem, mému synovi Andryushkovi byly včera tři roky!

Natalja Brjancevová

KidsChemistry je nyní na sociálních sítích. Připojte se nyní! Google+, VKontakte, Odnoklassniki, Facebook

Byl bych opravdu vděčný, kdybyste tento článek sdíleli na sociálních sítích.
Přihlaste se k odběru novinek na blogu!

Přihlaste se k odběru novinek na blogu

Úspěšně jste se přihlásili k odběru novinek blogu Kidschemistry.ru

K tomuto článku zbývá 17 komentářů

1. Julia 31.03.2015 | 13:30

Dobré odpoledne, Natalie! Zaujaly mě materiály vašeho blogu, nyní je systematicky studuji) Dnes jsme s dětmi nafoukli balónek vodíkem. Celkem jsem nalil asi 400 ml roztoku a spotřeboval hodně alobalu. hodně fólie, přidáním do stávajícího řešení po pokusech o „nevylétnutí“. A na třetí pokus míč letěl. (Lahev byla plastová, velmi se zahřála a začala se deformovat, tak jsme ji dali do vody). Uvědomil jsem si, že můžete použít méně roztoku (200 ml asi stačí), ale potřebujete hodně fólie! Děkuji – je to zde dostupné, jednoduché a zajímavé)

Julie, jsem rád, že se ti experimenty líbily, a ještě víc jsem rád, že ti experiment vyšel! *YAHOO* Jen nedoporučuji příště používat plastovou láhev – mohla by prasknout, roztok by mohl vystříknout a způsobit popáleniny. To platí pro všechny zkušenosti, nejen pro tuto. Vrať se na můj blog, vždycky tě rád uvidím!

Hodně zdraví vám!! 1). V této i vaší předchozí zkušenosti je řešení zcela na dně; téměř celá láhev je VZDUCH!! I když budete „čekat“, bude do balónku napumpováno příliš mnoho vzduchu (váš balónek je obecně srovnatelný co do velikosti s objemem vzduchu v láhvi). 2). Hrdlo vaší láhve má závit; a kovový kroužek z víka ještě nebyl odstraněn! Je hermeticky uzavřenější, když je hrdlo BEZ závitů. 3). Pokud NEŘEDÍTE „Krtka“ vodou (myslím „Růžový Krtek“) a použijete hodně alobalu, okamžitě získáte proud přehřáté páry s vodíkem a fontánou, jako ze silného proudového motoru!! Krtka je potřeba VYSOCE NAŘEDĚT vodou. 4). Fólie potřebujete opravdu HODNĚ!! K nafouknutí velkého balónu možná budete potřebovat třetinu role fólie. 5). Láhve by měly být přednostně SKLENĚNÉ; a je VELMI důležité mít po ruce kýbl se studenou vodou, protože když se roztok sám uvaří, rychlost reakce se velmi zvýší, objeví se PĚNA, která může jít do kuličky (a to je u alkálie; pokud pak kulička praskne, oko se vystříkne alkálií, jako z rozprašovače). Udržujte láhev neustále v kbelíku – rychlost uvolňování vodíku bude nízká; jakmile to ale začne vřít, hned dejte láhev do kbelíku se studenou vodou. 6). Pokud potřebujete nafouknout spoustu balónků, musíte do nich vložit několik lahví s balónky SOUČASNĚ, protože vodíkové balónky se rychle VYPUŠTĚJÍ: zatímco se druhý plní, první již bude vypuštěný! 7). Zde je moje VIDEO ukázka (pouze minuta a půl): jak nafukuji balónky z „Růžového krtka“ a hliníkové fólie vodíkem ve skleněných lahvích s hrdlem BEZ nití (od limonády) a chlazením ve formě kbelíků s vodou; sledovat a učit se 8) (odkazy ke STAŽENÍ; pro jistotu uvádím dva odkazy na stejné video na různých serverech): www.efkahomepage.ktk.ru/A. _about_Putin.avi archive.org/download/avak. _about_Putin.avi Uvidíte nejen proces inflace, ale také LET – jak dva balóny sebevědomě a rychle zvednou velký prapor přes kilometr (doufám, že vás ta ideologická složka nevyděsí). S úctou a přáním úspěchu ve vašich experimentech, Avak Avakyan.

1. Natalya 28.02.2016 | 11:21

Děkuji za zajímavé doplnění a upřesnění. Velmi užitečné. Ideologická složka mě nenadchla, dokonce jsem chtěl odkazy smazat, ale pak jsem se rozhodl je stejně nechat – třeba se někomu bude chemie vašich experimentů hodit.

A nejlepší je použít DRŽÁK PLYNU, do kterého si vezmete obrovské láhve na víno (objemově větší než velký nafouknutý balón) s úzkým hrdlem. Je nezbytně nutné používat SKLENĚNÉ lahve, protože vodík snadno uniká stěnami plastových lahví (tuto vlastnost má). Takovou láhev uzavřete gumovou zátkou se dvěma otvory a dvěma hadičkami pro výstup plynu: jedna nechejte dosáhnout na dno, druhá končí přímo pod zátkou. Tu, která dosáhne dna, položte na vodovodní kohoutek a naplňte láhev vodou (otevřením kohoutku). Poté odpojte tuto hadici od kohoutku a připojte druhou ke zdroji vodíku (láhev s „Krtkem“ a fólií) – láhev (vaše plynová nádrž) se vytlačením vody naplní vodíkem. V této plynové nádrži pak můžete skladovat tolik vodíku, kolik chcete. Když potřebujete balónky nafouknout, opět nasaďte hadici spuštěnou na dno na vodovodní kohoutek a připevněte balónek na druhou hadici. Zapnutím vody balónek snadno a rychle nafouknete – bude to stejně pohodlné jako nafukování balónků z heliového válce. Toto je nejpraktičtější způsob nafukování balónků: vodík lze získat předem, skladovat jej, kolik chcete, a balónky lze v případě potřeby rychle nafouknout; neexistuje žádný „časový tlak“ – i tak „pomalé“ metody získávání vodíku, jako je elektrolýza vodných roztoků, lze použít k plnění plynové nádrže. 8)

Určitě to zkusím jen na dači)), Avak v pátém bodě napsal takovou věc, že ​​byly pochybnosti, zda „hra stojí za svíčku“.

1. Natalya 11.06.2018 | 18:37

Ano, také se mi moc líbilo, jak Avak vše podrobně vysvětlil. Více takových komentářů by bylo skvělé. Podle mého názoru hra stojí za svíčku. Zkuste to a pak mi to řekněte. Moc by mě zajímalo, co se stalo.

DĚKUJEME za vřelou recenzi! Ano, hra stojí za svíčku. Zvláště uvážíme-li, že „konkurenční“ hélium je nesrovnatelně dražší a nejen, že je o něco těžší než vodík, ale navíc se většinou ředí vzduchem a balonky plní směsí helia se vzduchem. Tedy k nafouknutí tohoto půlmetrového fóliového „srdce“: archive.org/download/Puti. in-terrorist.avi Spotřeboval jsem CELOU roli alobalu + malinké množství vody + malinké množství „Růžového Krtečka“; celkem je to asi 30 rublů. Ale abych vztyčil stejný prapor se směsí helia a vzduchu z obchodu, musel bych nafouknout několik těchto „srdcí“, což by vzhledem k ceně helia stálo více než 1000 rublů. Mimochodem, to je důvod, proč se stalo zvykem vidět obrovské balíky balónů s malým transparentem pod nimi a moje vodíková aerodíla vypadají „neuvěřitelně“: malý balón rychle zvedne obrovské plakáty. Kirille, neboj se! Nedělám to na chatě, ale doma (viz video výše). A pokud chcete 100% záruku bezpečnosti, stačí to udělat ve velkých BRÝLECH (jakýchkoli, jen aby se vám alkálie v žádném případě nedostala do očí). Ano, a nehaste cigarety na vodíkových koulích… P.S. Ano, a ještě jedna věc: Poukázal jsem na to, že balónky s vodíkem se vypouštějí extrémně rychle; Měl jsem však na mysli latexové („gumové“) balónky. Ale FÓLIOVÉ balonky se prakticky vůbec nevyfukují!! Hliníkový povlak (ač velmi tenký) v nich „pevně“ udržuje vodík; a guma a plasty – dvoulitrové plastové sodovky jsem naplnil vodíkem a – při skladování přes noc se „zkroutí“ o třetinu, protože přes nepoškozené stěny ztrácejí vodík!! Granule Mr. Muscle můžete použít i na čištění odtokových trubek všech typů jako louh, ale mějte na paměti, že 1) při rozpuštění ve vodě se VELMI silně zahřívají (pokud je vody málo, může se roztok vařit a „vyplivnout“!!) a 2) je potřeba jich VELMI málo nasypat do vody s fólií (není potřeba příliš prudká reakce páry s tryskou). PPS A pokud výše zmíněné granule “Pan Muscle” zahřejete hliníkovým práškem BEZ vody, získáte nejen vodík, ale i kovový SODIUM!! Zkusil jsem (vyrobil jsem hliníkový prášek z fólie a pilníku). Stačí to VELMI silně zahřát (nad 700°C, tedy suché palivo a benzinová svítilna nemusí stačit; roztavení granulí „Mr. Muscle“ k nastartování této reakce NESTAČÍ). Tato reakce vypadá přesně jako reakce železných pilin a síry (směs se náhle začne samovolně zahřívat, až žlutě zazáří, po čemž zůstane porézní šedá struska hlinitanů sodných s kovovým sodíkem). Mimochodem, sodík se při takovém zahřátí (pokud je v otevřené nádobě) samovolně vznítí. A s HOŘČÍKEM lze granule „Mr. Muscle“ zapálit z knotu a reakce je velmi aktivní (téměř jako u manganistanu draselného); V tomto případě se kovový sodík získává ve formě kovových kuliček. Na internetu je spousta videí s touto reakcí. Můžete použít i slitinu hliníku a hořčíku (reakce bude téměř stejně prudká jako s čistým hořčíkem). Nebo můžete kouskem hořčíku zapálit směs hliníkového prášku a Mister Muscle (ale potřebujete hliník ve formě prášku, ne hrubých pilin). Hodně štěstí ve vašich experimentech!!

1. Natalya 11.06.2018 | 21:16

Děkuju! Zkusme získat kovový sodík – je velmi lákavý.

Díky za bezpečnostní opatření (ohledně brýlí), ale chemii budu dělat na dači, jinak mě vyhodí z domu))). Přemýšlel jsem o výměně fólie za malé hliníkové hobliny? Nejde o to, že by mi bylo líto té fólie, mám jen hobliny.

1. Natalya 12.06.2018 | 19:59

Myslím, že je to možné.

Za starých časů jsem nafukoval balónky z hliníkového drátu (tenkrát se drát povaloval všude). Nastříhal jsem z něj rovné kusy o délce asi 20 cm, umístil je svisle do láhve a naplnil zředěným vodným roztokem NaOH. Můžete použít jakékoliv hliníkové předměty, jen mějte na paměti, že čím jsou menší, tím je reakce rychlejší. S práškem („stříbrná barva“) může i velmi zředěná alkálie vyvolat příliš prudkou reakci. Hobliny, pokud nejsou příliš malé, jsou v pořádku. Také: rychlost reakce velmi roste s teplotou a reakce je exotermická (samotný roztok se zahřívá a může vařit; a hliník samotný se zahřívá nejvíce). Se zředěným alkalickým roztokem je reakce prvních pár minut pomalá, protože rozpouštění oxidového filmu na hliníku nějakou dobu trvá. Stručně řečeno, pro vaše první experimenty přidejte do vody MINIMÁLNÍ množství alkálie.

Díky moc. Viděl jsem další variaci této zkušenosti. Smíchaly se: kuchyňská sůl, síran měďnatý a hliník. Blog je výborný.

1. Natalya 19.11.2018 | 19:46

děkuji za milá slova. Mám také zkušenost, o které mluvíte (zde //kidschemistry.ru/cvetnye-reakcii-doma-opyty-s-izmeneniem-cveta.html), ale cílem nebylo získat vodík, chtěl jsem ukázat změnu barvy roztoku. I když je vhodný i jako způsob získávání vodíku

Ano, experiment se změnou barvy medu. kupé. Taky jsem to viděl a dokonce jsem to chtěl zkusit, ale zřejmě nebyly správné proporce. Nic nevyšlo. Eh Dobře, není čas být smutný! Ať se vám daří.

Vyzkoušeno s drátem! gram 10 roztoku druhý den se reakce nezastaví, ale bez zahřívání. Vypadá to, že šedá sraženina tetrahydroxoaluminátu sodného (III) (Na[Al(OH)4]) reaguje se zbývající alkálií za vzniku vody a oxidu uhelnatého! Přidala jsem vodu z kohoutku s vysokým obsahem vápníku. S největší pravděpodobností sediment obsahuje sloučeniny vápníku. Na internetu jsem o tom nenašel žádné informace! Plyn uvolněný při reakci sedimentu nehoří! Vytvoří se bílý povlak! Pokusím se reakci dotáhnout do konce a pak to naleptat kyselinou!