Fyzika a chemie jsou přírodní vědy, které se vzájemně prolínají a doplňují. Vymezit vztahy mezi nimi přesně nelze. Téměř každou chemickou změnu provázejí změny fyzikální a naopak mnohé fyzikální procesy mají za následek změny chemické.
Existence interdisciplinárních vztahů těchto dvou oborů vedla k řešení mnohých vědeckých problémů, které dříve chemie sama objasnit nedovedla. Např. vytvoření teorie stavby atomu bylo umožněno objevem elektronu, stanovením jeho hmotnosti a určením velikosti elektrického náboje, stanovením hmotnosti atomů, objevem přirozené radioaktivity a pokusy s rozptylem částic. Také teorie elektrolytické disociace byla objasněna na základě poznatků z těchto dvou oborů.
Žáci sami jen velmi obtížně spojují poznatky z jednotlivých předmětů. Žák by si měl ze školy odnést ucelený přehled o přírodě a společnosti, proto se v této laboratorní úloze snažím poukázat na obsahovou koordinaci vzdělávacího obsahu fyziky a chemie. Laboratorní úloha se dá zařadit do obou předmětů, záleží na učiteli, kam ji zařadí.
Návod k úloze obsahuje seznam pomůcek a chemikálií potřebných k provedení pokusu, úkol, popis postupu a pozorování. Při této laboratorní úloze si mají žáci v praxi vyzkoušet platnost již dříve získaných poznatků (z předchozí hodiny) a ve spolupráci s učitelem závěry utřídit a zobecnit.
Žáci budou pracovat ve skupinkách a budou zaznamenávat získané poznatky do tabulky v části "pozorování". Předkládaný pracovní list bude mít každý žák svůj, aby získané poznatky a závěry mohl využít i později. Ke konci vyučovací hodiny učitel společně se žáky zhodnotí jejich dosažené výsledky, ve spolupráci s učitelem pak žáci výsledky ještě zobecní a zformulují závěr. Získané informace je možné doplnit o poznatky o chemických reakcích probíhajících při elektrolýze.
Pomůcky:
Chemikálie:
Úkol:
Postup:
Kádinku naplníme do tří čtvrtin destilovanou vodou. Do držáku elektrod upevníme dvě uhlíkové elektrody. Ponoříme je do destilované vody v kádince. Sestavíme elektrický obvod podle obr. 1. Zavolejte učitele, aby zkontroloval správnost zapojení. Potom pomocí žárovky pozorujeme, zda obvodem prochází proud, pokud ano, uděláme do tabulky křížek.
1. Elektrolytická vana |
2. Schéma zapojení obvodu |
Postup:
Přerušíme elektrický obvod. Z kádinky vylijeme roztok chloridu sodného. Kádinku vypláchneme. Do čisté kádinky nalijeme destilovanou vodu a přidáme lžíci sacharózy. Zapojíme elektrický obvod. Pozorujeme, zda obvodem prochází proud, a zaznamenáme to do tabulky.
Postup:
Opět přerušíme elektrický obvod a z kádinky vylijeme roztok sacharózy. Kádinku důkladně propláchneme a nalijeme do ní vodu z vodovodu. Zapojíme elektrický obvod a pozorujeme, zda obvodem prochází proud díky indikací žárovky a zaznamenáme to do tabulky.
Postup:
Do destilované vody vsypeme otvorem v držáku elektrod chlorid sodný (stačí na špičku lžičky). Promícháme skleněnou tyčinkou a pozorujeme, zda obvodem prochází elektrický proud, a výsledek pozorování zapíšeme to tabulky.
Úkol:
Ověřte elektrickou vodivost vybraných vodných roztoků jako u předchozích úloh, proveďte popsané pokusy a výsledky pozorování zapište do tabulky. Dále dokažte, že roztoky elektrolytů jsou horšími vodiči než kovy.
Postup:
Kádinku naplníme do tří čtvrtin vodným roztokem krystalického síranu měďnatého (w =10 %). Do kádinky vsuneme přepážku s otvorem (součást vybavení elektrolytické vany) a do roztoku ponoříme dvě uhlíkové elektrody upevněné v poloze 2 a 4. Sestavíme elektrický obvod podle obr.1 a obr. 2. Zavolejte učitele, aby zkontroloval správnost zapojení. Potom pomocí žárovky pozorujeme, zda obvodem prochází proud, pokud ano, uděláme do tabulky křížek. Potom pro urychlení elektrolýzy vyřadíme z obvodu žárovku a pozorujeme, co se děje na uhlíkových elektrodách. Pozorování zapište a později konzultujte s učitelem.
Pozorování:
Obvodem prochází elektrický proud | |
---|---|
destilovaná voda | |
destilovaná voda + NaCl | |
destilovaná voda + sacharóza | |
voda z vodovodu | |
Roztok síranu měďnatého |
Závěr
Pokud se žárovka rozsvítila, roztokem procházel elektrický proud. Destilovaná voda a destilovaná voda se sacharózou se nechovají jako vodiče. Voda z vodovodu je vodič, ale elektrický proud vede málo. Roztok chloridu sodného se chová jako dobrý vodič. Na elektrodách bylo možno pozorovat uvolňování bublinek plynu. Probíhá zde chemická reakce.
ANODA: Cl- - e- → Cl
KATODA: 2H+ + 2e- → H2
Na+ + OH- → NaOH
Na anodě mohly tedy žáci pozorovat unikání Cl2, na katodě unikání H2.
Roztoky kyselin, zásad a solí obsahující volně pohyblivé kladně a záporně nabité ionty vedou elektrický proud a nazývají se elektrolyty (např. NaCl rozpuštěný v destilované vodě). Látky, které se ve vodném roztoku neštěpí na volně pohyblivé ionty, proto nevedou elektrický proud (např. destilované voda se sacharózou), nazývají se neelektrolyty.
Roztok síranu měďnatého se také chová jako dobrý vodič. Již asi po dvou minutách se na záporné elektrodě vytvořil silný povlak vyloučené mědi, a to přesně proti otvoru v přepážce. Po vyndání elektrod z roztoku mohou žáci vidět její červené zabarvení. Probíhá zde reakce:
Cu2+ + 2e- → Cu
Na anodě reagují aniony SO42- podle rovnice:
2SO42- + 2H2O → 2H2SO4 + O2 + 4e-
V prostoru anody se tedy zvětšuje koncentrace kyseliny sírové.
Ionty se v elektrolytu snaží pohybovat od jedné elektrody ke druhé nejkratší možnou cestou (proto vidíme vyloučenou měď přesně proti otvoru v přepážce). Vyplývá z toho, že vodivost roztoku elektrolytu je menší, než vodivost uhlíkové elektrody. Je totiž známo, že mezi dvěma body, mezi kterými je elektrické napětí, prochází největší proud cestou nejmenšího odporu. Kdyby byl roztok elektrolytu lepší vodič něž uhlík, pak by elektrický proud přednostně procházel roztokem a do elektrod by vstupoval až u hladiny. Ke stejnému závěru bychom došli i v případě použití kovových elektrod.
Skutečnost, že roztoky elektrolytů jsou horšími vodiči než kovy, je způsobena pohyblivostí nosičů elektrického náboje. U elektrolytů jsou to dosti hmotné a objemné ionty, které jsou často obklopeny molekulami vody. U kovů a uhlíku jsou nosiči elektrického náboje mnohem menší a lehčí elektrony.
Technická poznámka:
Většina technických publikacích doporučuje pro čistění elektrod po provedeném pokusu "ELEKTROLÝZA ROZTOKU SÍRANU MĚĎNATÉHO" mechanický způsob. Já doporučuji přepólování elektrod. Měď se vyloučí zpět do roztoku a obě elektrody budou čisté.
Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons BY-NC-ND.
Článek nebyl prozatím komentován.
Pro vložení komentáře je nutné se nejprve přihlásit.
Článek není zařazen do žádného seriálu.