Úvod do měřeníMechanikaMolekulová fyzika a termikaElektřina a magnetismusChemie

Elektrolýza roztoků NaCl a KI

30. 7. 2013, 0:00

Jan Pokorný

Úvod

Budeme provádět elektrolýzu dvou rozdílných elektrolytů v samostatných kádinkách propojených solným můstkem. Použijeme roztok ${\rm NaCl}$ v katodovém prostoru a roztok ${\rm KI}$ v prostoru anodovém. Jako elektrody nám poslouží dvě uhlíkové tyčinky, pokus je však zdokumentován s využitím spirálových platinových elektrod.

Po vložení stejnosměrného napětí na elektrody se dají do pohybu ionty ${\rm Na^{+}}$ směrem k záporné katodě, kde přijmou jeden elektron. Protože pracujeme ve vodném prostředí, nebude se na elektrodě vylučovat kovový sodík, ale bude ihned reagovat za vzniku ${\rm NaOH}$ a na katodě uvidíme unikající bublinky vodíku. Hydroxidové anionty ${\rm OH^{-}}$ zapříčiní barevnou změnu indikátoru fenolftaleinu, který byl v původně neutrálním roztoku bezbarvý, ale v zásaditém prostředí se zbarvuje sytě fialově. Ke kladné anodě ve druhé kádince, spojené s první solným můstkem, budou putovat ionty I-, odevzdají elektron a vyloučí se v podobě elementárního jódu ${\rm I_{2}}$. Vylučování jódu bude patrné žloutnutím elektrolytu, jehož barva později přejde v oranžovou. Na elektrodách budou probíhat následující reakce:

$${\rm Katoda-redukce: Na^{+} + e^{-}\longrightarrow Na}$$ $${\rm 2Na + 2H_{2}O\longrightarrow 2NaOH + H_{2}}$$ $${\rm Anoda-oxidace: 2I^{-} – 2e^{-}\longrightarrow I_{2}}$$

Souhrnná rovnice elektrolýzy bude vypadat následovně:

$${\rm 2Na^{+} + 2I^{-} + 2H_{2}O\longrightarrow 2NaOH + I_{2} + H_{2}}.$$

V tomto experimentu se přesvědčíme, že jednoduchou a barevnou elektrolýzu lze demonstrovat během pěti minut bez náročnějších pomůcek.

Pomůcky

Dvě uhlíkové elektrody, tři kádinky, solný můstek, skleněné ty-činky, lžička na chemikálie, vodiče s krokosvorkami, zdroj stejnosměrného napětí 30 V nebo baterie.

Chemikálie

Chlorid sodný $({\rm NaCl})$, jodid draselný $({\rm KI})$, fenolftalein, destilovaná voda.

Postup

• Do dvou 250 ml kádinek nalijeme asi 200 ml destilované vody, do jedné kádinky přisypeme půl lžičky ${\rm NaCl}$ a přikápneme asi 3 kapky fenolftaleinu, do druhé kádinky nasypeme půl lžičky ${\rm KI}$.
• Skleněnou tyčinkou roztoky mícháme do rozpuštění látek. Do třetí kádinky připravíme nasycený roztok ${\rm NaCl}$ tak, že do menšího množství vody (podle objemu solného můstku) přisypáváme za stálého míchání sůl tak dlouho, až se přestane v roztoku rozpouštět. Tímto elektrolytem naplníme solný můstek.
• Do kádinek ponoříme elektrody a kádinky propojíme solným můstkem. Pomocí vodičů spojíme elektrody se zdrojem stejnosměrného napětí a pozorujeme barevné změny na elektrodách.

Video

Závěr

Po spojení obvodu pozorujeme, že okolí katody se zbarvuje fialově reakcí fenolftaleinu se vznikajícím hydroxidem sodným a na elektrodě se vylučují bublinky vodíku. Anodový roztok se barví do žluta vznikajícím jódem. Barevné změny probíhají velmi rychle, během jedné minuty jsou elektrolyty v kádinkách sytě zabarveny. Pokud použijeme jako zdroj napětí baterii, barevné změny probíhají o něco pomaleji (viz obr. 2).

Poznámky

• Jako elektrody můžeme použít uhlíkové tyčinky, pokus však bude fungovat i s měděnými elektrodami, které zhotovíme z obyčejného měděného drátu průřezu alespoň 1 mm. Samozřejmě je možné pokus provést i s využitím platinových elektrod.
• Pokud nemáme k dispozici skleněný můstek s fritami, použijeme obyčejnou gumovou hadici, jejíž konce ucpeme polštářkem z buničiny. Vhodný vnitřní průměr hadice je alespoň 0,6 cm.
• Místo stejnosměrného zdroje napětí lze použít i plochou 4,5 V baterii, nebo lépe 9 V baterii.
• Na přesnou koncentraci roztoků v tomto pokusu není třeba brát ohled. Roztoky můžeme umístit na elektromagnetické míchačky, elektrolyt se tak bude zabarvovat rovnoměrně v celém objemu. Pokud roztoky nebudeme míchat, vzniknou kolem elektrod efektní barevné „mraky“ jako na obr. 1 vpravo.
• Pokud po spojení obvodu nepozorujeme žádné barevné změny, překontrolujeme multimetrem, jestli obvodem prochází proud. Můžeme také použít koncentrovanější roztoky elektrolytů. Důležitou úlohu hraje funkční solný můstek, jehož průlinčité konce musí být průchodné. Nad fritami skleněného solného můstku se mohou vylučovat krystalky z nasyceného roztoku, takto znehodnoceným můstkem bude proud procházet velmi obtížně.

Použitá literatura a zdroje