水は水素と酸素でできていると言われてきました。しかし、どうすれば本当のことを知ることができるのでしょうか。 それ？夏の暑い日に喉の渇きを癒し、体を冷やすこの湿った物質は、本当に 2 つの ガス で構成されているのでしょうか。 ?
電気分解を使用して、水を酸素と水素に分離しようとしました。開始前よりもさらに多くの疑問を残した一連の実験の後、私たちはそれを管理しました。これは必ずしも悪いことではありません。好奇心は素晴らしい学習状態です。 (酸素が失われた不思議なケースを参照してください。 以下。)
私たちの過ちから利益を得て、電気分解を迅速に行うことができます。電気分解を使って水を水素と酸素に分解する方法は次のとおりです。その後、私たちが最初に行ったこと、つまりまったく別のガスを生成したことについてお話しします。
水を水素と酸素に分ける方法
必要なもの
- ガラス製またはプラスチック製の浴槽
- ゴムバンド 2 本
- 試験管 2 本 (できれば蓋付き)
- 重曹（大さじ1）
- グラファイト鉛筆の芯
- 水
- バッテリー (6V を使用しました。これに少し似ています)
- クロコダイル クリップ 2 組
- 防水テープ
あなたの仕事
詳細なセットアップ手順については、このビデオを参照してください。ゴムバンドの配置により、試験管が完全に所定の位置に保持されます。
動画をご覧いただけない場合は、要点をご覧ください: 各クロコダイル クリップの一方の端をグラファイトに接続し、もう一方の端をバッテリーに接続します。グラファイトが上に突き出た状態でグラファイトの端を浴槽の底に固定し、反転した試験管をグラファイトの各部分の上に置きます (ゴムバンドで固定されています)。重炭酸ソーダを水に溶かし、浴槽を満たします。最後に、各試験管を取り外し、水で満たし、慎重にグラファイトの上に置きます。電気分解中に収集されたガスは、チューブ内の水と置き換わるため、気泡がないことを確認してください。
どうなる
ガスの気泡が各電極で急速に形成され始めます。正極 (アノード) よりも負極 (カソード) に多くのガスが集まります。
ガスのテスト方法
各電極で十分な量のガスを集めたら、(まだ水中にある間に) 慎重に試験管の蓋をします。
水素をテストするには
私たちの (負の) カソードのガスは (正に帯電した) 水素であるという仮説を立てました。水素は爆発します。この量では家が壊れることはありませんが、火のついた木の破片があると、クールなポップノイズが発生します.下のビデオで聞くことができます。
酸素をテストするには
光る副子で酸素をテストします。十分な酸素が存在する場合、スプリントは再燃します。アノードで収集したガスは、それが酸素であることを確認する短い輝きを放ちましたが、はじける水素の興奮の後、少しがっかりしました.後で別の方法を使用して、はるかに多くの酸素を生成しました。副子の再点火のビデオについては、以下を参照してください。
電気分解はどのように機能しますか?
水は、共有結合内の共有電子によって結合された共有分子 (H2O) です。
電気分解中、分子はカソードで還元されて水素ガスになり、アノードで酸化されて酸素ガスになります。
純水は電気を通さないので、重炭酸ソーダのような電解質を加える必要があります。 (塩を使用するように指示する Web サイトの数は信じられないでしょう。私たちはそれを試し、まったく異なるガスを収集しました。それについては後で詳しく説明します。)
水の分子組成を反映して、酸素の 2 倍の水素が生成されます。
これは、水の電気分解に関する非常にわかりやすい説明です。
より詳細な説明については、ウィキペディアを参照してください。
{サラ、私の以前の誤解を指摘し、この投稿をより正確なものにしてくれてありがとう!}
謎の酸素欠乏事件
(または、塩を電解質として使用するとどうなりますか。)
上記の方法を使用して水を水素と酸素にうまく分解する前に、水が電気を通すのを助けるために塩を加えてみました.そして、ほんのひとつまみの塩ではありません。少しの塩が少し効くなら、たくさんの塩がさらに良いだろうと私は決めました. (結局のところ、クリスタルでも機能します。)
上記と同じ装置を使用して電気分解をセットアップしますが、今回は飽和塩溶液を使用します。私たちはそこに座って、水素と酸素の泡を熱心に探していました.
どうしたの？さて、私たちのカソードにはたくさんあります。ガスがすぐに試験管を満たし始めました。テストしたところ、水素であることがわかりました。そして、正極では？ガスの泡は1つもありません！ 水分子の酸素はどうなったの?
一晩中、ちょっとした調査をしました。
塩化ナトリウム（塩）溶液の電気分解中に、塩化ナトリウムが正極で分解され、塩素ガスと水酸化ナトリウム溶液が形成されるようです。 (詳細な説明については、リンクをクリックしてください。) 塩素は水に溶けやすいため、溶液が飽和してそれ以上塩素を吸収できなくなるまでガスとして集まりません。
では、正電極が塩素を引き寄せるのに忙しく、水素が陰極に集まっていたとしたら…酸素に何が起こったのでしょうか?それとも、私たちの塩化ナトリウム (NaCl) からのナトリウムですか?化学者によると、ナトリウムと酸素が結合して水酸化ナトリウム溶液ができます。さらなる調査が求められました。
装置をセットアップしたままにして、バッテリーから切り離して一晩置きました。手がかりを得るために調べることにしました。
さらなる調査
電気分解の結果、どのような変化がありましたか?
食塩水が茶色くなっていました。これは溶存塩素ですか？分解されたグラファイト？腐食したクロコダイル クリップ (陽極に取り付けられていたもの)?
ソリューションのフィルタリング .
陽極 (アノード) の一部が故障し、溶液に黒いビットが残りました。グラファイトは不活性（非反応性）金属であるため、電気分解に使用されますが、生成された大量の塩素が反応を引き起こしたのでしょうか?茶色の溶液をろ過して、不溶物が残っているかどうかを確認しました。彼らはしませんでした。しかし、ろ紙に白い斑点がいくつかあることに気付きました。正極で生成された塩素がろ紙を漂白したに違いありません!
溶液の pH のテスト
水酸化ナトリウムにより溶液は弱アルカリ性になるのではないかと推測しました。しかし、それをテストすると、反対のことがわかりました。塩素のような弱酸性でした。これは、溶液に水酸化物よりも多くの塩素が含まれている必要があることを意味していると推測しました.
酸素でもっと楽しく
ここで少し話が逸れますが、テストに成功するのに十分な酸素をどのように作成したかをお話しすることを約束しました。 The Magic of Oxygen に行くことからアイデアを得ました 王立研究所で展示。そこで見たデモンストレーションの 1 つを紹介したいと思います。
司会者たちは、私から 10 ポンド札を借りることができるかどうか尋ねてきました。そして、彼らはそれに火をつけました!これが私の炎上するお金のビデオです。
その後まもなく、科学者たちは私の 10 ポンド紙幣を完全に無傷で返しました。トリックは、科学者が最初にお金をアルコールに浸したことでした。アルコールが酸素中で燃焼すると、熱、光、二酸化炭素、水が生成されます。アルコールが燃焼する温度は水を蒸発させるには低すぎるため、水がノートを燃焼から保護します。
酸素の魔法 科学者たちは、過酸化水素を分解して「象の歯磨き粉」を作る方法も示しました。かつて自分で象の歯磨き粉を作った方法を思い出しました。家に帰ったら、象の歯磨き粉をもう一度作り、光る添え木を使って酸素ガスをテストすることにしました。
光っている添え木を酸素に入れると、添え木が再び点灯します。
ホームスクールで理科を学ぶのにこれが私のお気に入りの理由
お分かりのように、これは母親が何が起こるのか、なぜ起こるのかを正確に知っているようなホームスクールの科学デモンストレーションではありませんでした.私は 16 歳になるまで化学を勉強していました – ほぼ 30 年前です!これらの実験によって生成された多くの疑問に対する答えはわかりませんでした.
しかし、何が起こるかわからないので、私は好奇心をそそられ、もっと学びたいという気持ちになり、子供たちは間違いなく私の興奮に夢中になりました。そして、最初に塩を電解質として使用するという「間違い」を犯してよかったと思っています。
最近何か楽しい科学をしましたか?
酸素欠乏症のケースを調査したことがありますか?
***
こちらからリンクさせていただきます:
ウィークリー ラップアップ – 変な社会化されていないホームスクーラー
コラージュ フライデー – ホームグロウン学習者
ホーム エド リンクアップ #16 – 家庭教育の冒険
サイエンス サンデー – マミーダムでの冒険
力強いフィニッシュ – 8 時に開始
ヒップ ホームスクール ホップ – ヒップ ホームスクール ママ
