Grenetův článek
Školní pokus nebyl zařazen do žádného vzdělávacího stupně.
Úvod
Roku 1842 byl německým fyzikem J. CH. POGGENDORFFEM vynalezen nový typ článku. Ten však nese jméno po E. GRENETOVI, který jej vylepšil natolik, že se roku 1859 dočkal patentu. Článek se skládal původně ze skleněné baňky tvaru koule s válcovitým hrdlem, do kterého se zasunovalo mosazné víko obsahující zinkovou elektrodu, umístěnou mezi párovými uhlíkovými elektrodami. Elektrolytem byla směs zředěné kyseliny sírové s dichromanem draselným, který funguje jako depolarizátor. Správný poměr hmotnostních dílů vody, kyseliny a dichromanu je 10 : 3 : 1. Grenetův článek byl ve své době hojně rozšířený a často se sériově spojoval do baterií. Jeho napětí bylo asi 1,9–2,2 V.
V tomto experimentu si poskládáme Grenetův článek, změříme jeho elektromotorické napětí a proud procházející obvodem demonstrujeme na vhodné pomůcce.
Pomůcky
Zinková a uhlíková elektroda, pryžová zátka s otvorem, kádinka, lékovka nebo zkumavka, skleněná tyčinka, pipeta, lžička na chemikálie, držák, multimetr, vodiče s krokosvorkami, budík nebo LED.
Chemikálie
Kyselina sírová $({\rm H_{2}SO_{4}})$, dichroman draselný $({\rm K_{2}Cr_{2}O_{7}})$, destilovaná voda.
Postup
- Do menší kádinky nalijeme 10 ml destilované vody a rozpustíme v ní 1 g ${\rm K_{2}Cr_{2}O_{7}}$.
- Do vzniklého oranžového roztoku pomalu napipetujeme 1,6 ml konc. ${\rm H_{2}SO_{4}}$ a dobře zamícháme.
- Zinkovou nádobku nebo plíšek umístíme do lékovky a připájený kontakt ohneme přes okraj lékovky ven.
- Lékovku uchytíme do držáku a napipetujeme do nádobky asi 5 ml elektrolytu (podle velikosti nádobky).
- Pak na lékovku nasadíme pryžovou zátku s uhlíkovou elektrodou a ke kontaktům elektrod připevníme vodiče.
- Multimetrem změříme elektromotorické napětí článku, poté pomocí vodičů připojíme budík, LED nebo jiný spotřebič a demonstrujeme procházející proud.
Obr. 1 Demonstrace procházejícího proudu na budíku s využitím Grenetova článku jako zdroje napětí (vpravo oranžový roztok ${\rm K_{2}Cr_{2}O_{7}}$)
Video
Závěr
Voltmetrem naměříme elektromotorické napětí článku 2 V (viz obr. 1). Po připojení vodičů k budíku pozorujeme pohyb vteřinové ručičky. Pokud spojíme dva Grenetovy články do série, rozsvítí se i LED dioda.
Poznámky
- Zinkovou a uhlíkovou elektrodu získáme nejsnáze rozebráním ploché 4,5 V baterie. Na elektrodách můžeme ponechat připájené kontakty, aby se nám lépe připojovala svorka vodičů k multimetru a spotřebiči. Zinková nádobka nám poslouží jako elektroda vcelku, není potřeba ji stříhat. Uhlíkovou elektrodu umístíme doprostřed provrtané pryžové zátky, abychom ji mohli pohodlně nasadit na nádobku jako víčko článku. Elektrolyt tak nevyteče při náhodném pře-vrhnutí ven.
- Při sestavování článku je vhodné zinkovou nádobku upevnit do držáku, abychom ji na stole nepřevrhli při plnění elektrolytem. Pokud používáme plíškovou zinkovou elektrodu, můžeme článek sestavit přímo do lékovky či zkumavky.
- Koncentrovaná kyselina sírová se obvykle prodává 96%. Je to žíravá látka, proto při manipulaci s kyselinou používáme ochranné pomůcky. Nikdy nepipetujeme ústy! Pokud experiment provádíme na nižších stupních škol, pracujeme se silně zředěným roztokem.
- Dichroman draselný je vysoce toxická oranžová krystalická látka. Při manipulaci s ním proto postupujeme obzvlášť opatrně. Je vhodné připravit si předem roztok o požadované koncentraci.
- K přípravě elektrolytu můžeme použít i zředěné roztoky. Kyselinu sírovou je vhodné používat ředěnou v poměru 1 : 3, dichroman draselný si připravíme v koncentraci 3,5 mol/l. Abychom zachovali poměr látek v elektrolytu, napipetujeme do 12 ml zředěné kyseliny (1 : 3) 1 ml ${\rm K_{2}Cr_{2}O_{7}}$ o koncentraci 3,5 mol/l.
- Pokud experiment provádíme na nižších stupních škol, použijeme z bezpečnostních důvodů elektrolyt obsahující 4 % kyseliny sírové a 3 % dichromanu draselného.
- Pokud je elektromotorické napětí článku příliš nízké, postupovali jsme pravděpodobně „od oka“ a poměr látek v elektrolytu není správný. Pokud pracujeme s hodně zředěnou kyselinou, zkusíme použít koncentrovanější. Článek má nejlepší účinnost s kyselinou ředěnou v poměru 1 : 3. Dbáme také na dostatečné množství ${\rm K_{2}Cr_{2}O_{7}}$, aby se uhlíková elektroda nemohla depolarizovat.
Použitá literatura a zdroje
- DILUCIANO, M.: Grenet cell . Dostupné na: http://grenetcell.com/Home.html.