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L'idrogeno è l'elemento più leggero e ha molti usi industriali, tra cui la creazione di grassi idrogenati da utilizzare in cucina e la produzione di idrocarburi dal carbone. È una parte essenziale delle molecole d'acqua e può essere separato utilizzando una piccola quantità di elettricità. È inoltre possibile produrre gas idrogeno utilizzando alcuni metalli attivi e acidi forti. Entrambi i metodi sono relativamente semplici e ti permetteranno di raccogliere idrogeno gassoso.

Passi

Metodo 1 di 2: utilizzo dello spostamento dell'acqua con metalli attivi

1. 

   Raccogli i materiali necessari. Per raccogliere l'idrogeno usando la reazione di miscelazione di un acido forte con un metallo attivo, avrai bisogno di: un matraccio di Erlenmeyer, un tappo di gomma, tubi di plastica, acqua distillata, provette, un grande contenitore, 3 molari di acido cloridrico (HCl) e pellet di magnesio o zinco.
   • Una beuta di Erlenmeyer è una fiaschetta di vetro che ha un fondo conico e un collo cilindrico.
   • Il tappo di gomma è per la parte superiore del pallone e deve avere un foro al centro per il passaggio del tubo.
   • Sia il magnesio che lo zinco funzioneranno per questo esperimento, non sono necessari entrambi.
   • Alcune di queste forniture potrebbero dover essere acquistate online o in un negozio di forniture di laboratorio.

2. 

   
   
   Indossare un equipaggiamento protettivo adeguato. Quando si lavora con un acido forte come l'acido cloridrico, assicurarsi di prendere le dovute precauzioni di sicurezza. Indossare un camice da laboratorio, guanti, scarpe chiuse e protezione per gli occhi sono essenziali.
   • Gli occhiali dovrebbero avvolgere i lati degli occhi per proteggerli dagli schizzi.
   • Indossare guanti della misura corretta in modo da mantenere una buona destrezza delle mani e delle dita.

3. 

   
   
   Prepara la configurazione sperimentale. Inserire un'estremità del tubo nel foro del tappo di gomma. Vuoi che il tubo passi completamente attraverso il tappo di gomma e sporga leggermente dall'estremità. Riempi il contenitore grande con acqua e immergi l'estremità libera del tubo nell'acqua. Quando l'esperimento inizia, metti il ​​tappo di gomma nella beuta di Erlenmeyer.
   • Metti da parte questi pezzi finché non sei pronto per usarli.

4. 

   
   
   Immergi la provetta nell'acqua. Prendi almeno una provetta (puoi usarne di più se vuoi raccogliere più idrogeno) e immergila nell'acqua. Inclina il tubo in modo che tutte le bolle d'aria possano fuoriuscire. Posizionare il tubo sopra il tubo sommerso attaccato al tappo di gomma all'estremità opposta.
   • È essenziale che tutte le bolle d'aria vengano rimosse dal tubo prima di iniziare. Se non lo sono, il gas raccolto nel tubo sarà più del semplice idrogeno.

5. 

   Aggiungere l'acido cloridrico al matraccio di Erlenmeyer. Aggiungere una quantità sufficiente di acido cloridrico per riempire il pallone circa a metà. Circa 100 ml dovrebbero essere sufficienti. Assicurati che il pallone sia pulito e asciutto prima di aggiungere l'acido. Indossare guanti di gomma e prestare attenzione durante il riempimento del pallone.
   • Fare attenzione a non versare acqua nell'acido. L'acqua aggiunta all'acido può provocare un'esplosione e lesioni.

6. 

   Inizia la reazione chimica aggiungendo pellet di metallo a HCl. Aggiungere una manciata di pellet di zinco o magnesio all'acido cloridrico nel pallone. La quantità esatta che inserisci non è importante, ma una piccola manciata dovrebbe essere sufficiente per avviare la reazione.
   • Dopo aver aggiunto il pellet, posizionare il tappo nel pallone in modo che il sistema sia ora chiuso.

7. 

   Raccogli l'idrogeno in una provetta sommersa. Quando il metallo reagisce con l'acido, viene prodotto idrogeno gassoso. Questo idrogeno viaggia verso la parte superiore del pallone, attraverso il tubo e nella provetta immersa nell'acqua. Il gas sposterà l'acqua e dovresti vedere una bolla nella parte superiore della provetta.
   • Quando la provetta si riempie di idrogeno, immergi un'altra provetta con acqua e posizionala sopra il tubo. Puoi raccogliere tanto idrogeno quanta ne viene prodotta dalla tua reazione.
   • Tenere le provette rivolte verso il basso per evitare che il gas idrogeno fuoriesca nell'aria.

8. 

   Verificare che il gas sia idrogeno. Per confermare che il gas è idrogeno, puoi fare quello che viene chiamato il test dello splint. Accendi un fiammifero e tienilo sotto il tubo. Sentirai un "pop" o un cigolio, che indica la presenza di idrogeno.

Metodo 2 di 2: utilizzo dell'elettrolisi

1. 

   Raccogli i materiali necessari. In questo esperimento, utilizzerai l'elettricità per separare i gas di idrogeno e ossigeno dalle molecole d'acqua. Per raccogliere l'idrogeno gassoso mediante l'elettrolisi, avrai bisogno di una batteria da 9 volt, una matita, due provette, un contenitore di plastica, acqua, bicarbonato di sodio, due grandi elastici (opzionale) e una clip per batteria con morsetti all'estremità.
   • La matita deve contenere della grafite perché funzioni. Una matita numero 2 è perfetta. Anche due piccoli pezzi di grafite funzioneranno per questo.
   • È sufficiente un piccolo contenitore per alimenti o una ciotola.
   • Assicurati che la clip della batteria possa adattarsi a una batteria da 9 volt e che abbia un filo rosso e nero con morsetti a coccodrillo all'estremità. Questi morsetti verranno utilizzati per collegare il sistema alla batteria.

2. 

   Rimuovere la gomma dalla matita e rompere la matita a metà. Hai bisogno di due pezzi di grafite, uno per l'estremità positiva della batteria e per l'estremità negativa della batteria. Affila entrambe le estremità di ogni pezzo della matita fino a un certo punto. Assicurati che la grafite sia ben esposta.
   • Questo passaggio può essere saltato se hai già due pezzi di grafite pura.

3. 

   Avvolgi 2 elastici attorno al contenitore a forma di X. Questo passaggio è facoltativo, ma è un modo semplice per mantenere le provette in posizione mentre l'esperimento è in esecuzione. Stendi un elastico sul contenitore e stendi un secondo elastico su di esso in modo che attraversi il primo, formando una X.
   • Se non utilizzi elastici, assicurati di fissare le provette con nastro adesivo o spago in modo che rimangano capovolte durante l'esperimento.

4. 

   Prepara una soluzione di bicarbonato di sodio e acqua. Sciogliere il bicarbonato di sodio in acqua aiuterà l'elettricità a essere condotta nel sistema. La quantità esatta di bicarbonato di sodio aggiunta non è importante, ma circa 1 cucchiaino da tè per 1 tazza di acqua dovrebbe essere sufficiente. Mescola fino a completa dissoluzione.
   • Usa acqua tiepida per accelerare lo scioglimento del bicarbonato di sodio.

5. 

   Riempi il contenitore di plastica e le provette con la soluzione di bicarbonato di sodio. Il contenitore deve essere abbastanza grande da contenere entrambe le provette. Aggiungi una quantità sufficiente di soluzione per riempire il contenitore per circa tre quarti. Immergi le provette nella soluzione del contenitore e capovolgile. Posiziona ciascun tubo nella croce dell'elastico X per tenerlo in posizione.
   • È molto importante che entrambe le provette siano completamente piene d'acqua e che non rimangano bolle d'aria.

6. 

   Attacca i morsetti a coccodrillo alla grafite. Prendi un morsetto dalla clip della batteria e attaccalo all'estremità di una delle matite. Assicurati che tocchi il più possibile la grafite. Fai lo stesso con il morsetto a coccodrillo rimanente e il pezzo di matita.
   • Una matita dovrebbe essere attaccata al morsetto rosso e una matita al morsetto nero.

7. 

   Fai scorrere l'estremità non bloccata della matita nella provetta. Mantenendo la provetta completamente immersa, inclinala leggermente in modo da poter far scorrere l'estremità non bloccata della matita nella provetta. Ripeti questo processo con l'altra matita e l'altra provetta.
   • A questo punto, tutto dovrebbe essere sott'acqua e dovrebbe esserci un pezzo di matita all'interno di ogni provetta.
   • Tenere fuori dall'acqua l'estremità del fermaglio della batteria che si attacca alla batteria.

8. 

   Attaccare la clip della batteria alla batteria da 9 volt. Con tutto impostato, ora sei pronto per applicare l'elettricità fornita dalla batteria da 9 volt. L'estremità della clip della batteria dovrebbe sporgere dal contenitore, quindi aggancia semplicemente la batteria in posizione. Una volta collegata la batteria, dovresti notare delle bolle che si alzano dall'estremità della grafite e fluttuano nella parte superiore di ciascuna provetta.
   • Se non vedi la produzione di bolle, assicurati che i morsetti a coccodrillo siano saldamente attaccati alla grafite della matita. Inoltre, controlla che la batteria sia completamente carica.
   • La provetta con il filo negativo attaccato alla matita produrrà idrogeno, mentre la provetta attaccata al filo positivo della batteria produrrà ossigeno.

9. 

   Raccogli l'idrogeno e l'ossigeno nelle due provette finché non avrai pochi pollici di gas in ciascuna provetta. Ricorda, il tubo collegato all'estremità negativa della batteria avrà l'idrogeno e l'ossigeno sarà nel tubo collegato all'estremità positiva. Rimuovere le provette dal barattolo, una alla volta. Tienili capovolti e lascia che l'acqua scoli. Il gas nei tubi rimarrà anche se non puoi vederlo.

10. 

    Test per la presenza di idrogeno. Puoi testare la presenza di idrogeno accendendo un fiammifero e tenendo la fiamma verso il gas. Se si tratta di idrogeno, emetterà un suono "scoppiettante" molto distinto. Puoi anche usare una candela accesa invece di un fiammifero.
    • Per testare l'ossigeno nella provetta collegata al lato positivo della fonte di alimentazione, spegnere un fiammifero acceso (o una candela) e posizionare l'estremità ancora incandescente sotto la provetta. Se la candela si riaccende, è presente ossigeno.

Domande e risposte della comunità

Ho bisogno di due provette se voglio raccogliere solo l'idrogeno?

Bess Ruff, MA
La scienziata ambientale Bess Ruff è una dottoranda in geografia presso la Florida State University. Ha conseguito il Master in Scienze e gestione ambientale presso l'Università della California, Santa Barbara nel 2016. Ha condotto indagini per progetti di pianificazione dello spazio marino nei Caraibi e ha fornito supporto alla ricerca come borsista laureato per il gruppo di pesca sostenibile.

Scienziato ambientale Se desideri raccogliere solo l'idrogeno utilizzando il metodo dell'elettrolisi, puoi utilizzare una provetta. Assicurati che il tubo che stai utilizzando sia collegato all'estremità negativa della batteria.

Quanto idrogeno si può raccogliere da questo semplice esperimento di elettrolisi? E quale sarebbe la pressione del gas idrogeno?

Dipende. La velocità di reazione (scissione dell'acqua) si basa sugli ampere della batteria e sul tempo rimanente per reagire. In genere l'idrogeno si trova all'incirca alla pressione a livello del mare a meno che non si faccia l'esperimento in un ambiente molto caldo o freddo.

Perché l'idrogeno si raccoglie nel tubo negativo

A causa del modo in cui le molecole d'acqua condividono gli elettroni, gli atomi di idrogeno sono caricati positivamente e gli atomi di ossigeno sono caricati negativamente. Quando si aspirano i gas, l'idrogeno caricato positivamente sarà attratto dal tubo negativo, mentre l'ossigeno caricato negativamente sarà attratto dal tubo positivo.

Perché il gas non è uscito dal mio tubo di raccolta del gas?

È l'idrogeno, un gas più leggero di tutti gli altri, incluso l'elio, il che significa che rimarrà nella provetta finché l'estremità chiusa del tubo sarà in cima perché gli altri gas la spostano. Il motivo per cui usiamo l'elio al posto dell'idrogeno è che non è infiammabile. Ciò è dovuto al fatto che è un gas nobile (ha un guscio di valenza completo di 8 elettroni) e quindi non reattivo.

Il gas sarebbe molto infiammabile?

Sì. Guarda il disastro di Hindenburg su YouTube. Gli zeppelin usavano l'idrogeno perché era il gas più leggero e abbastanza facile da ottenere. È anche il motivo per cui alcune case automobilistiche stanno lavorando su auto alimentate a idrogeno.

è questa la forma liquida dell'idrogeno?

No, l'idrogeno in questo esperimento sarà gassoso

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  Come si liquefa l'idrogeno? Risposta

Avvertenze

• Fai attenzione con l'idrogeno puro. È altamente esplosivo se miscelato con l'aria.
• Assicurati che tutta l'altra aria sia stata rimossa dall'attrezzatura in cui stai raccogliendo l'idrogeno.