Что такое электролиз?

Окислительно-восстановительные реакции делятся на два типа: реакции, протекающие самопроизвольно и реакции, протекающие при прохождении тока через раствор или расплав электролита.

Электролиз – это окислительно-восстановительный процесс, который протекает в растворах или расплавах электролитов под действием постоянного электрического тока и заключается в выделении на электродах растворённых веществ или других веществ, являющихся продуктами вторичных реакций на электродах. Этот процесс происходит благодаря преобразованию электрической энергии в химическую, поэтому он находится на стыке физики и химии и изучается обеими науками.

Различают электролиз растворов и расплавов химических веществ. Их отличие состоит в том, что раствор содержит дополнительное химическое вещество – воду, которая может принимать участие в окислительно-восстановительных реакциях.

С помощью следующего проекта мы изучим на практике, что такое электролиз, а также сможем понаблюдать за этим процессом.

Проект «Электролиз воды»

Энергия накапливается в молекулярных связях. Когда эти связи распадаются, высвобожденную энергию можно использовать для работы. Распад молекул воды на водород и кислород позволяет высвободить огромное количество энергии, которую можно преобразовать в электричество для дома или автомобиля.

Чтобы разрушить эти связи, требуется определённое количество энергии. Атомы молекул воды должны стать достаточно активными, чтобы разъединиться. В домашних условиях мы можем обеспечить эту энергию за счёт батарейки. В каждой батарейке есть два полюса или два конца: положительный и отрицательный. Вода соединяет полюса, благодаря чему энергия может перемещаться между ними. Когда электричество проходит через воду, оно её расщепляет. Сама по себе она не является хорошим проводником электричества, поэтому во время данного эксперимента будет проведен электролиз водных растворов солей.

Электролит – это часть раствора, которая может быть разрушена вследствие электролиза (от лат. electrolysis). Electro относится к энергии и электричеству, а –lysis означает «расщепление» или «распад». Электролиты важны не только для батареек, но также для нашего организма. Ведь, если быть точными, он состоит не из воды, как принято считать, а, по большей части, содержит именно электролит.

Цель – определить, какой электролит лучше всего проводит электричество во время электролиза воды.

Что нам понадобится:

• дистиллированная вода;
• проточная вода (из-под крана);
• 2 кнопки серебристого цвета;
• батарейка 9 вольт;
• маленький прозрачный пластиковый контейнер (хорошо подойдёт одноразовая ёмкость);
• 2 пробирки;
• секундомер;
• пищевая сода;
• соль поваренная;
• лимон;
• средство для мытья посуды.

Ход эксперимента:

1. Вставьте кнопки во дно пластикового контейнера снизу, чтобы острые кончики были направлены вверх. Разместите их на таком расстоянии, на котором расположены два полюса девятивольтной батарейки. Будьте осторожны, не уколитесь кнопками!
2. Поместите пластиковый контейнер на батарейке, чтобы кнопки соприкасались с полюсами. Если ёмкость слишком большая, используйте дополнительные предметы, чтобы её закрепить (подойдут книги, блок стикеров и т.д.).
3. Медленно заполните контейнер дистиллированной водой. Если конструкция накренится в сторону, у вас есть возможность всё вовремя исправить, прежде чем вы сможете продолжить. Будет ли дистиллированная вода проводить электричество сама по себе? Попробуйте!
4. Добавьте щепотку пищевой соды.
5. Возьмите две пробирки. Подержите их над кнопками, чтобы собрать газ, который будет накапливаться во время проведения эксперимента. Запишите свои наблюдения. Что происходит? Собралось ли в одной пробирке больше газа, чем в другой? Как вы думаете, какой газ образовался?
6. Вылейте этот раствор. Продолжите ту же процедуру, используя другие комбинации:
   1. дистиллированная вода с лимонным соком;
   2. дистиллированная вода и поваренная соль;
   3. дистиллированная вода и средство для мытья посуды;
   4. дистиллированная вода (без добавок);
   5. проточная вода.

Даёт ли проточная вода какой-то эффект? Если да, то почему?

Вывод:

Дистиллированная вода не проводит электрический ток, а проточная способна проводить лишь небольшое количество. Раствор с пищевой содой обеспечивает хорошее количество электролитов, но с поваренной солью подходит лучше всего. Почему? Пищевая сода, известная в химии как гидрокарбонат натрия (NaHCO₃) не является электролитом сама по себе. Помните – необходим раствор! Растворяясь, сода проводит электрический ток между полюсами батарейки. Во время проведения эксперимента с раствором соды в воде выделяются водород (H₂), кислород (O₂) и углекислый газ (CO₂).

Столовая соль или хлорид натрия (NaCl) – это ещё одна хорошая добавка для формирования электролитов. В воде соль обычно расщепляется на ионы Na+ и Cl-. Как результат, выделяются водород, кислород, а также газообразный хлор (Cl₂), однако его лучше не вдыхать!

Лимонный сок – неплохой электролит, поскольку он содержит кислоту. Кислота растворяется в воде, и ток переносится через ионы. Дистиллированная вода без добавок не способна переносить ток. Однако проточная вода зачастую становится хорошим проводником благодаря содержащимся в ней минералам и примесям. Не беспокойтесь! Они не вредные!

Во время электролиза растворов с использованием разных ингредиентов выделялось разное количество газов. Это связано с тем, что растворы переносят разное количество тока. Количество произведённого газа прямо пропорционально количеству тока, который проведён через систему.

Заключение

Что может быть более захватывающим и увлекательным занятием, чем химические опыты для детей! Теперь вы знаете намного больше об электролите и электролизе. Если его результаты вас заинтересовали, можете продолжить изучение этого процесса и найти как можно больше информации об электролизе расплавов и его применении в разных сферах производства.