Elektrolyse in een magneetveld

Elektrolyse in een magneetveld
1. Onderzoek:
a. Onderzoeksvraag:
Hoe kunnen we het ionentransport tijdens een reactie zichtbaar maken?
b. Hypothese:
- Door een voorwerp toe te voegen
- Door extra stoffen toe te voegen
- Door de reactie te verwarmen/af te koelen
…
2. Voorbereiden
a. Te kennen begrippen:
elektrolyse, Ionentransport, zuur-base indicatoren, magnetisch veld, equivalentiepunt,
gelijkspanning/wisselspanning
b. Materiaal + stoffen (bereidingen):
- petrischaal met 8cm diameter
- spanningsbron 4V gelijkspanning
- 2snoeren met krokodillenklemmen
- 2koolstofelektroden
- bekerglas 250ml
- Kroezentang
- staafmagneet
- 2 druppelpipetten
- 1M Natriumsulfaatoplossing
- fenolftaleïneoplossing
- 0.1M natronloog
- 0.1M HCl
- overheadprojector voor beter resultaat
c. Veiligheid (etiketten/COS-brochure/WGK):
Fenolftaleïne
Gevaar
H 350-341-361f
P 201-281-308+313
CAS 77-09-8
Zoutzuur
Natriumsulfaat (0 aq)
HCl
Na2SO4
CAS 7757-82-6
0,1M
CAS 7647-01-0
d. Opstelling (foto):
3. Uitvoeren en waarnemen
a. Werkwijze:
- Schenk in het bekerglas ca 50ml natriumsulfaatoplossing
- Voeg 5-6 druppels fenolftaleïne toe
- Regel pH zo door HCl toe te voegen totdat het equivalentiepunt bereikt is
- Plaats in de ene opstelling de kaliumnitraatoplossing, in de andere de
natriumnitraatoplossing
- Schenk in het petrischaaltje de oplossing
- Maak een serieschakeling tussen het de koolstofelektroden en de spanningsbron en
plaats deze in het petrischaaltje
- Schakel de spanningsbron in totdat er een streep rode vloeistof zichtbaar is
- Beïnvloed de richting van de kleur door de zuidpool van de magneet boven de
aangroeiende streep te houden (eventueel met een statiefklem)
b. Waarneming + foto’s:
De helft van onze oplossing kleurt terug paars en beweegt in wijzerzin/tegenwijzerzin,
afhankelijk van hoe de plus- en minpool van onze spanningsbron zijn aangesloten.
4. Reflectie
a. Besluit proef:
De ionencirculatie is duidelijk zichtbaar aan de pluspool van de spanningsbron en de
zuidpool van de batterij. Dit is te wijten aan de elektrolyse van onze
Natriumsulfaatoplossing. Hierdoor stijgt de pH-waarde van onze oplossing. Bijgevolg
kleurt ons fenolftaleïne terug lichtpaars. Er ontstaan aan beide polen eveneens gassen.
Dit is te verklaren door volgende halfreacties:
2H2O(vl) + 2e-  H2(g) + 2OH-(aq)
- 2H2O(vl)  O2(g) + 4H+(aq) + 4eEerst ontwikkelt zich een elliptische vorm, later in de proef gaat 1 gedeelte van het
petrischaaltje paars gekleurd worden (negatieve deel met de OH- ionen). Dit is te wijten
doordat deze deeltjes door de magneet afgebogen worden (anders bewegen deze
richting de positieve pool van de spanningsbron. Hierdoor zien we de veldlijnen van onze
magneet. Doordat de negatieve ionen telkens van de negatieve naar de positieve pool
van onze spanningsbron willen bewegen en door het magnetisch veld telkens afgebogen
worden, krijgen we een elliptische baan.
b. Koppeling aan leerplan:
Stofomzettingen: ionenuitwisseling (leerplan Fysica 2e graad ASO wetenschappen)
c. Tips en trucs:
Hoe sterker de magneet die gebruikt wordt, hoe beter/sneller het ionentransport
zichtbaar is. Daarnaast is het ook aan te raden om de magneet niet boven het
petrischaaltje te houden, maar er net onder. Hierdoor moet de magneet niet vastgeklemd
worden en heb je er in het verdere verloop van de proef geen last van.
Daarnaast is 20ml natriumsulfaat en 5-6druppels fenolftaleïne ruim voldoende. Zolang de
koolstofelektroden ondergedompeld kunnen worden, kan een kleinere hoeveelheid
eveneens. Je ziet dat ik de verhouding heb aangepast voor beter resultaat. Een paar
druppels meer fenolftaleïne zorgt ervoor dat de kleuromslag beter zichtbaar wordt,
evenals het magnetisch veld dus.
Wat ook gedaan kan worden is i.p.v. fenolftaleïne een universele indicator te gebruiken.
Hierdoor zijn meerdere kleuren te zien in het ionentransport, wat leerlingen eveneens
interessant vinden om te zien. Echter is dit bij mij niet zo goed gelukt als met
fenolftaleïne.
d. Bronnen (ook link naar filmfragmenten):
Show de chemie handboek