Získání vodíku doma | Článek v časopise Mladý vědec

Shapilova, V. V. Získávání vodíku doma / V. V. Shapilova, G. I. Talapchuk. – Text: přímý // Mladý vědec. – 2018. – č. 1.1 (15.1). – S. 97-98. – URL: https://moluch.ru/young/archive/15/1180/.

Na Zemi se vodík v čisté formě téměř nikdy nenachází a v běžném životě se s ním nesetkáváme. Ale ve sloučeninách je to druhý největší prvek v zemské kůře podle počtu atomů po kyslíku. Všechny živé bytosti na Zemi, včetně vás a mě, jsou přibližně ze 2/3 vodík.

Klíčová slova: vodík, výroba vodíku.

Co je tedy vodík? Jaké má vlastnosti? Jak se získává a používá v pozemských podmínkách? Je možné získat vodík doma a jaký je nejlepší způsob, jak to udělat? Na tyto a další otázky se pokusíme odpovědět v průběhu naší vědecké práce.

Vodík je nejjednodušší prvek v přírodě, který se skládá z jediného protonu a elektronu, který kolem něj obíhá. O výrobě vodíku se poprvé zmínil anglický vědec Robert Boyle, který v roce 1671 provedl reakci mezi železnými pilinami a zředěnými kyselinami. Ruský název „vodík“ navrhl chemik M. F. Solovjov v roce 1824 – analogicky s „kyslíkem“ M. V. Lomonosov. Oficiální latinský název pro vodík je „Hydrogenium“.

V průmyslu se vodík vyrábí především z fosilních paliv. V prvé řadě jde o zemní plyn, metan, se kterým se většina z nás může v kuchyni setkat, pokud máte plynový sporák. Vodík se získává z lehkých frakcí ropy. Třetím nejoblíbenějším zdrojem vodíku je uhlí.

Nejdostupnější metodou pro opakování doma je rozklad vody elektrickým proudem (elektrolýza).

K provedení našeho experimentu jsme vzali starou nabíječku 5 V 750 mA a uhlíkové elektrody z běžných solných baterií. Pro měření průtoku proudu byl použit multimetr.

Pro shromažďování a měření výsledných plynů byla voda nalita do lahví a připevněna k hlavní nádobě hrdlem dolů, přičemž byla ponořena do elektrolytu. Aby se do láhve nedostal vzduch. Celkem nádoba a lahve obsahovaly asi 1,5 litru vody. Jak se dalo očekávat, s čistou vodou se po přivedení napětí z nabíječky nic nestalo. Multimetr ukázal téměř nulový proud. Když se ale do vody přidaly dvě lžičky sody, elektrolýza se zintenzivnila, na obou elektrodách se začaly objevovat bublinky plynu a multimetr ukazoval proud 15 mA. Při tak malém proudu se za den (24 hodin) shromáždilo pouze 0,11 litru vodíku (asi půl sklenice). Ve druhé láhvi se shromáždilo přibližně 2krát méně kyslíku. To znamená, že ve vodě je dvakrát více vodíku než kyslíku.

Pozorování vývoje vodíku v důsledku interakce kovů se zředěnými kyselinami bylo vůbec první v historii chemie. A doma se to dá poměrně snadno zopakovat. K tomu potřebujeme kov, nejlépe aktivnější a kyselinu. V našem experimentu jsme zvolili elektrolyt olověných baterií, který lze nalézt ve vašem místním autoservisu, a zinek z použitých solných baterií. Ke sběru vodíku byla stejně jako v případě elektrolýzy použita obrácená láhev s hrdlem ponořeným do vody. Elektrolyt byl dodatečně zředěn vodou v poměru 50 ml roztoku kyseliny sírové na 150 ml. voda. Z baterie jsme získali asi 1 g zinku Za 12 hodin se veškerý kov rozpustil a dostali jsme 0.7 litru vodíku.

Další oblíbenou metodou je interakce kovů s alkáliemi. Pro experiment jsme zvolili dvě možnosti, které byly po ruce – kousky drátu a pečicí fólie. Louh (hydroxid sodný) lze nalézt v železářstvích jako čistič odpadů (například MOLE). Nastavení výroby bylo téměř stejné jako v experimentu s kyselinou a zinkem. Roztok v obou experimentech byl stejný: 20 ml alkálie a 200 ml vody. V prvním experimentu jsme použili drát o průměru 1.5 mm, ve druhém – kusy fólie. V obou případech byla hmotnost hliníku 1 g. V prvním experimentu bylo možné získat 1.2 litru vodíku, což trvalo 34 hodin. Ve druhém experimentu se fólie rozpustila za 1 hodinu 20 minut a uvolnilo se 1.4 litru vodíku. Z těchto experimentů můžeme usoudit, že rychlost reakce silně závisí na ploše, na které k ní dochází. Při pokusu s fólií byl povrch mnohonásobně větší než při pokusu s drátem. Ještě větší rychlosti lze dosáhnout, pokud si vezmete hliníkový prášek. V tomto případě bude poměr povrchové plochy k hmotnosti největší.

Při pokusech s výrobou vodíku se tedy jako nejrychlejší a nejdostupnější metoda ukázala interakce hliníkové fólie s alkálií. Ale pokud je nutné vyrábět vodík pravidelně a ve velkém množství, pak by měla být na prvním místě elektrolýza, protože nepotřebuje žádné jiné spotřební materiály než vodu. Je pravda, že to bude vyžadovat vážnější instalaci než nabíječka telefonu a pár lahví.

V rámci vědecké práce jsme se seznámili s nejčastější, ale v běžném životě vzácnou látkou, vodíkem. Naučili jsme se jej získat různými způsoby a vybrali ten nejpohodlnější pro domácí realizaci – účinek čističe odpadů s obsahem alkálií na hliníkovou fólii.

Z vlastní zkušenosti jsme se také dozvěděli, že vodík je hořlavý a výbušný plyn, ale lze jej použít k plnění balónků, aby mohly létat. Vyplatí se je však držet dál od otevřeného ohně.

Svůj vědecký článek můžete rychle a snadno publikovat v časopise „Mladý vědec“. Obratem vám poskytneme preprint a certifikát o publikaci.