Домашний электролиз своими руками

Когда я был маленький, я всё время хотел что-либо делать сам, своими рукам. Вот только родители (и другие родственники) обычно этого не разрешали. А я не видел тогда (и до сих пор не вижу) ничего плохого, когда маленькие дети хотят учиться 🙂

Конечно, я написал эту статейку не для того, чтобы вспомнить детские переживания в попытках начать самообразование. Просто совершенно случайно, когда я бродил на otvet.mail.ru я наткнулся на вопрос подобного рода. Какой-то маленький мальчик-подрывник спрашивал, как в домашних условиях произвести электролиз. Ему я, правда, не стал отвечать, т. к. уж больно подозрительные смеси хотел электролизировать этот мальчик 😉 Решил, что от греха подальше не скажу, пусть сам в книгах ищет. Но вот недавно, опять же бродя по форумам, увидел подобный вопрос от школьного учителя химии. Судя по описанию его школа настолько бедная, что не может (не хочет) приобрести электролизёр рублей за 300. Учитель (вот беда!) не смог найти выход из сложившейся ситуации. Вот ему я помог. Для тех, кому любопытны такого рода самоделки я выкладываю эту статью на сайт.

Собственно, процесс изготовления и применения нашего самопала крайне примитивный. Но о технике безопасности я расскажу в первую очередь, а про изготовление — уже во вторую. Дело в том, что речь пойдёт о показательном электролизёре, а не о промышленной установке. Поэтому для безопасности лучше будет запитать его не от сети, а от пальчиковых батареек или от аккумулятора. Естественно, чем больше будет напряжение, тем шустрей пойдёт сам процесс электролиза. Но для визуального наблюдения пузырьков газа вполне хватит 6 В, а вот 220 — это уже слишком. С таким напряжением вода, например, скорее всего будет бурлить, а это не совсем безопасно… Ну, с напряжением думаю разобрались?

Теперь поговорим о том, где и на каких условиях мы будем проводить эксперимент.
Во-первых, это должно быть либо открытое пространство, либо хорошо проветриваемое помещение. Хотя я всё делал в квартире с закрытыми окнами и вроде ничего 🙂
Во-вторых, эксперимент лучше проводить на хорошем столе. Под словом «хороший» подразумевается то, что стол должен быть устойчивым, а лучше массивным, жёстким и прикреплённым к полу. При этом покрытие стола должно быть устойчивым к агрессивным веществам. Кстати, для этого хорошо подходит кафельная плитка (хотя и не любая, к сожалению). Такой стол пригодится вам не только для этого опыта. Впрочем, я всё сделал на обычной табуретке 🙂
В-третьих, в ходе эксперимента вам не потребуется перемещать источник питания (в моём случае — батарейки). Поэтому для надёжности их лучше сразу положить на стол и закрепить, чтобы они не сдвигались с места. Поверьте, это удобней, чем придерживать их постоянно руками. Свои батарейки я просто примотал изолентой к первому попавшемуся жёсткому предмету.
В-четвёртых, посуда, в которой будем проводить эксперимент пусть будет небольшой. Обычный стакан подойдёт или рюмка. Кстати, это самый лучший способ использования рюмок дома, в отличие от разлития в них спиртного с последующим употреблением…

***

Ну а сейчас перейдём непосредственно к прибору. Он представлен на рисунке, а я пока объясню коротко что и с чем. 

Нам нужно взять простой карандаш и удалить с него дерево при помощи обычного ножа и достать из карандаша целый грифель. Можно, правда, взять грифель от механического карандаша. Но тут есть сразу две сложности. Первая — банальная. Грифель от механического карандаша очень тонкий, нам такой просто не подойдёт для наглядного эксперимента. Вторая сложность — это какой-то странный состав нынешних грифелей. Такое ощущение, что их делают не из графита, а из чего-то иного. В общем, с таким «грифелем» у меня опыт не получился вообще даже при напряжении 24 В. Поэтому мне пришлось расковырять старый добрый деревянный простой карандаш. Полученный графитовый стержень будет служить нам электродом. Как вы понимаете, электродов нам нужно два. Поэтому идём ковырять второй карандаш, либо просто сломаем имеющийся стержень пополам. Я сделал именно так.

Любым попавшимся под руку проводом обматываем первый грифель-электрод (одним концом провода), и этот же провод подключаем к минусу источника питания (другим концом). После этого берём второй грифель и проделываем с ним тоже самое. Для этого нам, соответственно, нужен второй провод. Но на этот раз подсоединяем этот провод к плюсу источника питания. Если у вас возникнут проблемы в процессе прикрепления хрупкого графитового стержня к проводу, можете воспользоваться подручными средствами: изолентой или скотчем. Если не получилось обмотать кончик графита самим проводом, а скотч или изолента не обеспечили плотного контакта, то попробуйте приклеить грифель токопроводящим клеем. Если такого у вас нет, то хотя бы привяжите грифель к проводу при помощи нитки. Не бойтесь, нитка не сгорит от такого напряжения 🙂

Для тех кто ничего не знает о батарейках и элементарных правил их соединения я немного поясню. Пальчиковая батарейка выдаёт напряжение 1,5 В. На рисунке у меня две таких батарейки. Причём соединены они последовательно — одна за другой, а не параллельно. При таком (последовательном) соединении итоговое напряжение будет суммироваться из напряжения каждой батарейки, т. е. у меня это 1,5 + 1,5 = 3,0 В. Это меньше заявленных ранее шести вольт. Но мне было лень сходить купить ещё несколько батареек. Принцип вам и так понятен должен быть 🙂

***

Приступим к эксперименту. Для примера ограничимся электролизом воды. Во-первых, она очень доступна (я надеюсь, что читающий эту статью не живёт в Сахаре), а во-вторых — безопасна. Кроме того, я покажу, как одним и тем же прибором (электролизёром) с одним и тем же веществом (водой) сделать два разных опыта. Думаю, что у вас фантазии хватит, чтобы напридумывать ещё кучу подобных опытов с другими веществами 🙂 В общем, для нас подойдёт вода из крана. Но я советую вам ещё немного её и посолить. Немного — это значит очень маленькую щепотку, а не целую десертную ложку!!! Это очень важно! Хорошо размешайте соль, чтобы она растворилась. Так вода, являясь в чистом состоянии диэлектриком, станет хорошо проводить электричество. Перед началом эксперимента протрите стол от возможной влаги, а затем поставьте на него источник питания и стакан с водой.

Опускаем оба электрода, находящихся под напряжением, в воду. При этом следите, чтобы в воду был опущен только графит, а сам провод не должен касаться воды. Начало эксперимента может затянуться. Время зависит от многих параметров: от состава воды, качества проводов, качества графита и, естественно, напряжения источника питания. У меня начало реакции затянулось на несколько секунд. На том электроде, который был подключён к плюсу батареек начинает выделяться кислород. На электроде, подключённом к минусу будет выделяться водород. При этом заметьте, что пузырьков водорода больше. Мелкие пузырьки облепляют ту часть графита, которая погружена в воду. Затем некоторые из пузырьков начинают всплывать.

Какие опыты могут быть ещё? Если с водородом и кислородом вы уже наигрались, можно приступать ко второму опыту. Он более интересен, особенно для домашних экспериментаторов. Интересен тем, что его можно не только увидеть, но и унюхать. В прошлом опыте мы получали кислород и водород, которые, как я считаю, не слишком зрелищны. А во втором опыте мы получим два вещества (полезных в хозяйстве, между прочим). Перед началом эксперимента следует прекратить предыдущий эксперимент и просушить электроды. Теперь берите поваренную соль (которой вы обычно используете на кухне) и растворяйте её в воде. На этот раз в большом количестве. Собственно, большое количество соли — это единственное, чем второй опыт отличается от первого. После растворения соли можно сразу повторить эксперимент. Теперь происходит другая реакция. На положительном электроде теперь выделяется не кислород, а хлор. А на отрицательном всё так же выделяется водород. Что же касается стакана, в котором находится раствор соли, то в нём после продолжительного электролиза останется гидроксид натрия. Это всем знакомый едкий натр, щёлочь.

Хлор вы сможете учуять по запаху. Но для большего эффекта я советую взять напряжение хотя бы 12 В. Иначе запах можно не почувствовать. Наличие щёлочи (после очень продолжительного электролиза) в стакане можно проверить несколькими способами. Самый простой и жестокий — опустить руку в стакан. Народная примета гласит, что если начнётся жжение — в стакане есть щёлочь. Более гуманный и наглядный способ — это лакмусовая бумажка. Если же у вас настолько бедная школа, что не может даже лакмус купить, вас выручат подручные индикаторы. Одним из таких, как говорят, может послужить капелька свекольного сока 🙂 Но можно просто капнуть в раствор немного жира. Насколько мне известно, должно произойти омыление.

***

Для особо любознательных я опишу, что же именно происходило во время опытов. В первом опыте под действием электрического тока происходила такая реакция:
2 H₂O >>> 2 H₂ + O₂
Оба газа, естественно, всплывают из воды на поверхность. Кстати, всплывающие газы можно уловить ловушками. Сами сделать сможете?

Во втором опыте реакция была уже совсем другой. Она тоже была инициирована электрическим током, но теперь в качестве реагентов выступила не только вода, но и соль:
4H₂O + 4NaCl >>> 4NaOH + 2H₂ + 2Cl₂
Учтите, что реакция должна идти в избытке воды. Чтобы определить, какое же количество соли является максимальным, можно высчитать его из вышеприведённой реакции. Можете ещё подумать, как усовершенствовать прибор или какие ещё опыты можно провести. Вполне возможно, что электролизом можно получить гипохлорит натрия. В лабораторных условиях его обычно получают пропусканием газообразного хлора через раствор гидроксида натрия.