Получение водорода в домашних условиях
↵ Водород — это первый элемент периодической системы химических элементов в таблице Менделеева, который обозначается символом «H». Водород — самый распространённый элемент во вселенной. Его название пошло от латинского слова «Hydrogenium», что переводится, как «рождающий воду». В школе, на уроках химии, опыты с водородом входят в программу обучения. Водород входит в состав воды и воздуха, без которых человек не может существовать. Этот газ применяют в различных сферах деятельности. А получить его можно даже в домашних условиях. Но, для этого нужно знать технологию безопасной добычи водорода. Получив этот лёгкий горючий газ, можно, например, надуть несколько воздушных шаров для детей.
Наполнение воздушного шара водородом с помощью колбы
Самое важное в процессе получения водорода, как впрочем, и в любой другой химической реакции, – это безопасность, потому следует помнить о том, что заниматься этим опытом необходимо на открытом воздухе, потому, что этот газ легче воздуха и может собираясь под потолком помещения, образует взрывоопасную смесь. Учитывая эти меры предосторожности, можно приступать. Для получения водорода будем использовать реакцию алюминия и раствора щелочи. Реактивы для получения водорода требуются самые простые, доступные и довольно безвредные. Нам потребуется: колба или пол-литровая стеклянная бутылка, пробка с отверстием, газоотводная трубка, 10 грамм медного купороса, 10 грамм алюминия, 20 грамм поваренной соли, 200 грамм воды, воздушный шарик. Медный купорос можно купить в ближайших хозтоварах или магазинах садово-огородного направления. В качестве источника алюминия применяем использованные пивные банки, ложки, проволоку.
Если вы используете банки из под напитков, то их сначала нужно обжечь, чтобы удалить пластиковую плёнку, которая может препятствовать реакции с алюминием. Первое эффектное действо можно будет увидеть после приготовления раствора медного купороса (голубой цвет) и раствора поваренной соли (бесцветный). На сто грамм воды следует добавить 10 грамм медного купороса. Для приготовления соляного раствора добавляем двадцать грамм поваренной соли на сто грамм воды. Итак, готовим эти два раствора по отдельности, а затем сливаем в одну колбу или бутылку. После соединения раствор становиться зелёным.
Следующий шаг — это добавление в полученную смесь алюминия. Далее должно быть видно, что раствор вокруг металла начинает пениться, – это начался процесс выделения водорода. Потом алюминий начинает вытеснять из раствора медь, покрываясь при этом красным налётом. Появление в колбе белой взвеси говорит о том, что происходит окисление алюминия. Подождав несколько минут для того, чтобы водород вытеснил из колбы воздух, можно приступать к наполнению воздушного шара.
Химиков-любителей также следует предупредить о том, что этот процесс является экзотермическим. Говоря проще, во время реакции происходит выделение тепла, и раствор постепенно нагревается. Если учитывать, что скорость происходящей реакции с повышением температуры увеличивается, то её ход довольно легко может выйти из-под контроля и пойти «вразнос». Таким образом, можно получить гейзер, который будет плеваться кипятком. Так что следует очень внимательно подобрать концентрацию и начальную температуру. При использовании стеклянной бутылки, её следует закрыть пробкой, сквозь которую должна проходить трубка диаметром 5-8 миллиметров. Через эту трубку и будет выходить водород, с помощью которого можно надувать воздушные шарики.
На прогулке, шары, заполненные легким газом, поднимутся высоко в небо, доставляя радость Вашим детям, друзьям и прохожим.
Получение водорода в домашних условиях
Шапилова, В. В. Получение водорода в домашних условиях / В. В. Шапилова, Г. И. Талапчук. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2018. — № 1.1 (15.1). — С. 97-98. — URL: https://moluch.ru/young/archive/15/1180/ (дата обращения: 05.04.2024).
На Земле водород в чистом виде почти не встречается, и в повседневной жизни мы с ним не сталкиваемся. Но в соединениях — это второй по количеству атомов элемент в земной коре после кислорода. Все живые существа на Земле, включая нас с вами, примерно на 2/3 состоят из водорода.
Ключевые слова: водород, получение водорода.
Так что же такое водород? Каковы его свойства? Как его получают и применяют в земных условиях? Можно ли получить водород в домашних условиях, и как это делать лучше всего? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить в ходе нашей научной работы.
Водород — это самый простой элемент в природе, состоящий из одного протона и вращающегося вокруг него электрона. Впервые получение водорода упоминается у английского учёного Роберта Бойля, который в 1671 году проводил реакцию между железными стружками и разбавленными кислотами. Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году — по аналогии с «кислородом» М. В. Ломоносова. Официальное латинское название водорода «Hydrogenium».
В промышленности водород получают в основном из ископаемого топлива. В первую очередь это природный газ, метан, с которым большинство из нас может встретится на кухне, если вас есть газовая плита. Водород получают из лёгких фракций нефти. Третий по популярности источник водорода — это уголь.
Наиболее доступным для повторения в домашних условиях является разложение воды электрическим током (электролиз).
Для проведения нашего эксперимента мы взяли старую зарядку на 5 В 750мА и угольные электроды, извлечённые из обычных солевых батареек. Для измерения протекающего тока использовался мультиметр.
Для сбора и измерения получающихся газов, в бутылки налили воды, и закрепили их на основной ёмкости горлышком вниз, погрузив его при этом в электролит. Таким образом, чтобы воздух в бутылку попадать не смог. Всего в ёмкости и бутылках получилось около 1,5 литров воды. Как и ожидалось, с чистой водой, после подачи напряжения с зарядного устройства ничего не произошло. Мультиметр показывал почти нулевой ток. Но, когда в воду добавили две чайные ложки соды, электролиз пошёл бодрее, на обоих электродах начали появляться пузырьки газа, а мультиметр показал ток 15 мА. С таким маленьким током за сутки (24 часа) удалось собрать только 0,11 литра водорода (примерно полстакана). Во второй бутылке при этом собралось примерно в 2 раза меньше кислорода. Это означает, что в воде водорода в два раза больше, чем кислорода.
Наблюдение выделения водорода в результате взаимодействия металлов с разбавленными кислотами было самых первым в истории химии. И его относительно просто повторить в домашних условиях. Для этого нам понадобится металл, желательно поактивнее и кислота. В нашем эксперименте мы выбрали электролит для свинцовых аккумуляторов, который можно найти в ближайшем автомобильном магазине и цинк из использованных солевых батареек. Для сбора водорода, как и в случае электролиза, использовали перевёрнутую бутылку с опущенным в воду горлышком. Электролит дополнительно развели водой в пропорции 50 мл раствора серной кислоты на 150 мл. воды. Цинка из батарейки получилось примерно 1 г. За 12 часов весь металл растворился и мы получили 0.7 литра водорода.
Другой популярный метод — взаимодействие металлов с щелочами. Для эксперимента мы выбрали два варианта, которые были под рукой — кусочки провода и фольгу для запекания. Щёлочь (гидроксид натрия) можно найти в бытовых магазинах как средство для прочистки канализационных труб (КРОТ, например). Установку для получения использовали почти такую же, что и в опыте с кислотой и цинком. Раствор в обоих опытах был одинаковым: 20 мл щёлочи и 200 мл воды. В первом опыте использовали проволоку диаметром 1.5 мм, во втором — кусочки фольги. В обоих случаях масса алюминия была 1 г. В первом опыте удалось получить 1.2 л водорода, заняло это 34 часа. Во втором опыте фольга растворилась за 1 час 20 минут, выделив 1.4 л водорода. Из этих опытов можно сделать вывод, что скорость реакции сильно зависит от площади поверхности, на которой она происходит. В опыте с фольгой площадь поверхности была во много раз выше, чем в опыте с проволокой. Ещё большей скорости можно добиться, если взять алюминий в порошке. В этом случае соотношение площади поверхности к массе будет наибольшим.
Таким образом, в экспериментах по получению водорода наиболее быстрым и доступным способом оказался вариант взаимодействия алюминиевой фольги со щёлочью. Но если необходимо получать водород регулярно и в больших количествах, то на первое место должен выйти электролиз, так как он не требует никаких расходных материалов кроме воды. Правда для этого понадобится более серьёзная установка, чем зарядка от телефона и пара бутылок.
В ходе научной работы мы познакомились с самым распространённым, но таким редким в быту веществом, как водород. Научились получать его различными способами и выбрали наиболее удобный для осуществления в домашних условиях — воздействие средства для прочистки труб, содержащего щёлочь, на алюминиевую фольгу.
Так же мы на собственном опыте убедились, что водород — горючий и взрывоопасный газ, но им вполне можно наполнять воздушные шарики, чтобы они летали. Правда при этом стоит держать их подальше от открытого огня.
Основные термины (генерируются автоматически): водород, получение водорода, опыт, алюминиевая фольга, научная работа, литр водорода, площадь поверхности.
Водород в домашних условиях
Привет всем!
Я вновь рад поделиться с вами своим свежим видео. В этот раз мы поговорим о генерации водорода в домашних условиях.
Для получения водорода я использовал элементарные ингредиенты — воду, алюминиевую фольгу и каустическую соду. Процесс начался с того, что я растворил каустическую соду в воде, а затем добавил в эту смесь алюминиевую фольгу. Была вызвана химическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и водорода.
Для сбора водорода я использовал обычный воздушный шарик. Как оказалось, шарик довольно быстро наполнился водородом. После чего, я запустил его в небо, прикрепив на нитке.
Постепенно шарик с водородом поднимался все выше и выше, словно стремясь достать до облаков. Завершающим аккордом стал его взрыв. Взрыв получился ярким и захватывающим, напомнив цвет восходящего солнца.
Водород из воды: просто и дешево
Российский исследователь сконструировал электролизер, позволяющий получать водород из воды, затрачивая на это очень мало энергии.
Российский исследователь сконструировал электролизер, позволяющий получать водород из воды, затрачивая на это очень мало энергии.
Водород — экологически чистый энергоноситель, к тому же практически неисчерпаемый. Согласно расчетам, из 1 л воды можно получить 1234, 44 л водорода. Однако переход энергетики на водородное топливо тормозят большие затраты энергии, необходимые для получения водорода из воды. Процесс электролиза идет при напряжении 1,6—2,0 В и силе тока в десятки и сотни ампер. Самые современные электролизеры расходуют на получение кубометра водорода больше энергии, чем можно получить при его сжигании (4 и 3,55 кВт.ч соответственно). Проблему уменьшения затрат энергии на получение водорода из воды решают многие лаборатории мира, но существенных результатов достичь пока не удалось. Однако в природе существует экономный процесс разложения молекул воды на водород и кислород. Протекает он при фотосинтезе. При этом атомы водорода участвуют в формировании органических молекул, а кислород уходит в атмосферу. Ячейка электролизера, разработанная Ф.Канаревым из Кубанского государственного аграрного университета, моделирует этот процесс.
Сходство с фотосинтезом заключается в том, что ячейка потребляет очень мало энергии. Фактически устройство использует напряжение всего в 0,062 В при силе тока 0,02 А. Ф.Канарев сконструировал две лабораторные модели электролизера: с коническими и цилиндрическими стальными электродами. По замыслу своего создателя, они моделируют годовые кольца ствола дерева. Даже при полном отсутствии электролита на электродах ячейки появляется разность потенциалов около 0,1В. После заливки раствора разность потенциалов возрастает. При этом положительный знак заряда всегда появляется на верхнем электроде, отрицательный — на нижнем. Ячейка низкоамперного электролизера представляет собой конденсатор. Вначале он заряжается при напряжении 1,5-2 В и силе тока, значительно большей 0,02 А, а затем постепенно разряжается под действием происходящих в нем электролитических процессов. И в это время устройство потребляет совсем немного энергии, которую тратит на подзарядку конденсатора. Даже в отключенном от сети приборе электролиз идет еще пять часов, о чем свидетельствует интенсивное бульканье пузырьков газа.
Обе модели электролизера, и с коническими, и с цилиндрическими электродами, работают с одинаковой энергетической эффективностью. Показатель этой эффективности еще предстоит уточнять. Но уже сейчас ясно, что затраты энергии на получение водорода из воды при низкоамперном электролизе уменьшаются в 12 раз, а по самым смелым подсчетам — почти в 2000 раз (т.е. составляют всего от 0,407 до 0,0023 кВт.ч на кубометр водорода). По мнению Ф.Канарева, предложенный им метод получения дешевого водорода из воды можно будет использовать для создания промышленных электролизеров, которые найдут применение в будущей водородной энергетике.