Водород в домашних условиях

 

На Земле водород в чистом виде почти не встречается, и в повседневной жизни мы с ним не сталкиваемся. Но в соединениях — это второй по количеству атомов элемент в земной коре после кислорода. Все живые существа на Земле, включая нас с вами, примерно на 2/3 состоят из водорода.

Ключевые слова: водород, получение водорода.

 

Так что же такое водород? Каковы его свойства? Как его получают и применяют в земных условиях? Можно ли получить водород в домашних условиях, и как это делать лучше всего? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить в ходе нашей научной работы.

Водород — это самый простой элемент в природе, состоящий из одного протона и вращающегося вокруг него электрона. Впервые получение водорода упоминается у английского учёного Роберта Бойля, который в 1671 году проводил реакцию между железными стружками и разбавленными кислотами. Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году — по аналогии с «кислородом» М. В. Ломоносова. Официальное латинское название водорода «Hydrogenium».

В промышленности водород получают в основном из ископаемого топлива. В первую очередь это природный газ, метан, с которым большинство из нас может встретится на кухне, если вас есть газовая плита. Водород получают из лёгких фракций нефти. Третий по популярности источник водорода — это уголь.

Наиболее доступным для повторения в домашних условиях является разложение воды электрическим током (электролиз).

Для проведения нашего эксперимента мы взяли старую зарядку на 5 В 750мА и угольные электроды, извлечённые из обычных солевых батареек. Для измерения протекающего тока использовался мультиметр.

Для сбора и измерения получающихся газов, в бутылки налили воды, и закрепили их на основной ёмкости горлышком вниз, погрузив его при этом в электролит. Таким образом, чтобы воздух в бутылку попадать не смог. Всего в ёмкости и бутылках получилось около 1,5 литров воды. Как и ожидалось, с чистой водой, после подачи напряжения с зарядного устройства ничего не произошло. Мультиметр показывал почти нулевой ток. Но, когда в воду добавили две чайные ложки соды, электролиз пошёл бодрее, на обоих электродах начали появляться пузырьки газа, а мультиметр показал ток 15 мА. С таким маленьким током за сутки (24 часа) удалось собрать только 0,11 литра водорода (примерно полстакана). Во второй бутылке при этом собралось примерно в 2 раза меньше кислорода. Это означает, что в воде водорода в два раза больше, чем кислорода.

Наблюдение выделения водорода в результате взаимодействия металлов с разбавленными кислотами было самых первым в истории химии. И его относительно просто повторить в домашних условиях. Для этого нам понадобится металл, желательно поактивнее и кислота. В нашем эксперименте мы выбрали электролит для свинцовых аккумуляторов, который можно найти в ближайшем автомобильном магазине и цинк из использованных солевых батареек. Для сбора водорода, как и в случае электролиза, использовали перевёрнутую бутылку с опущенным в воду горлышком. Электролит дополнительно развели водой в пропорции 50 мл раствора серной кислоты на 150 мл. воды. Цинка из батарейки получилось примерно 1 г. За 12 часов весь металл растворился и мы получили 0.7 литра водорода.

Другой популярный метод — взаимодействие металлов с щелочами. Для эксперимента мы выбрали два варианта, которые были под рукой — кусочки провода и фольгу для запекания. Щёлочь (гидроксид натрия) можно найти в бытовых магазинах как средство для прочистки канализационных труб (КРОТ, например). Установку для получения использовали почти такую же, что и в опыте с кислотой и цинком. Раствор в обоих опытах был одинаковым: 20 мл щёлочи и 200 мл воды. В первом опыте использовали проволоку диаметром 1.5 мм, во втором — кусочки фольги. В обоих случаях масса алюминия была 1 г. В первом опыте удалось получить 1.2 л водорода, заняло это 34 часа. Во втором опыте фольга растворилась за 1 час 20 минут, выделив 1.4 л водорода. Из этих опытов можно сделать вывод, что скорость реакции сильно зависит от площади поверхности, на которой она происходит. В опыте с фольгой площадь поверхности была во много раз выше, чем в опыте с проволокой. Ещё большей скорости можно добиться, если взять алюминий в порошке. В этом случае соотношение площади поверхности к массе будет наибольшим.

Таким образом, в экспериментах по получению водорода наиболее быстрым и доступным способом оказался вариант взаимодействия алюминиевой фольги со щёлочью. Но если необходимо получать водород регулярно и в больших количествах, то на первое место должен выйти электролиз, так как он не требует никаких расходных материалов кроме воды. Правда для этого понадобится более серьёзная установка, чем зарядка от телефона и пара бутылок.

В ходе научной работы мы познакомились с самым распространённым, но таким редким в быту веществом, как водород. Научились получать его различными способами и выбрали наиболее удобный для осуществления в домашних условиях — воздействие средства для прочистки труб, содержащего щёлочь, на алюминиевую фольгу.

Так же мы на собственном опыте убедились, что водород — горючий и взрывоопасный газ, но им вполне можно наполнять воздушные шарики, чтобы они летали. Правда при этом стоит держать их подальше от открытого огня.

Водород – широко распространенный элемент. Благодаря своей уникальности он может выступать в качестве окислителя и в качестве восстановителя. Существует несколько методов получения водорода.

 

Промышленный метод получения водорода .

1. Электролиз водных растворов солей (поваренная соль NaCl).

 

2. Пропускание паров поды над раскаленным коксом (Т = 1000 °С):

 

H₂O + C = H₂ ↑+ CO,

Реакция обратима!

Смесь (Н₂, СО и Н₂О) называется водяным газом.

А на 2-ой стадии водяной газ пропускают над оксидом железа (III) при температуре около 450°С:

 

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂↑,

 

Часто эту реакцию называют реакцией сдвига.

 

3. Получение из природного газа. Основа – конверсия метана (основной компонент природного газа, СН₄) с водяным паром. В итоге получается обратимая смесь, которая называется синтез-газом. Условия протекания процесса: никелевый катализатор и 1000°С:

 

СН₄ + Н₂О = СО₂ + 3Н₂↑,

 

Эту реакцию часто используют для получения водорода для реакции Габера (синтез аммиака).

4. Крекинг нефтяных продуктов.

 

Лабораторный метод получения водорода.

1. Под воздействием разбавленных кислот на металлы, которые стоят в ряду напряжения левее водорода.

 

Zn + HCl = ZnCl₂ + H₂↑,

 

2. Электролиз растворов кислот, щелочей на катоде выделяется водород.

3. Действие щелочей на цинк или алюминий:

 

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

4. Гидролиз гидридов:

NaH + H₂O = NaOH + H₂↑,

5. Реакция кальция с водой:

Ca + 2H₂O = Ca(ОН)₂ + H₂↑.

 

Электролиз воды – это самый старый способ получения водорода. Пропуская постоянный ток через воду, на катоде накапливается — водород, а на аноде – кислород. Получение водорода электролизом очень энергозатратный производство, поэтому используется исключительно в тех областях, где данный газ достаточно ценен и необходим.

Получение водорода в домашних условиях достаточно легкий процесс и есть несколько способов сделать это:

1. Нам понадобится раствор щелочи не пугайтесь этих названий т.к. все это есть в свободном доступе.

Например, средство для очистки труб «крот» отлично подойдет по составу. Насыпаем  в колбу немного щелочи и заливаем 100 мл воды;

Тщательно перемешиваем для полного растворения кристаллов;

Добавляем несколько небольших кусочков алюминия;

Ждем около 3-5 минут, пока реакция будет проходить максимально быстро;

Добавляем дополнительно несколько кусочков алюминия и 10-20 грамм щелочи;

Закрываем резервуар специальной колбой с трубкой, которая ведет в резервуар для сбора газа и ждем несколько минут пока воздух не выйдет под давлением водорода из сосуда.

2. Выделение водорода из алюминия, пищевой соли и сульфата меди.

В колбу насыпаем сульфат меди и чуть больше соли;

Разбавляем все водой и хорошо перемешиваем;

Ставим колбу в резервуар с водой, так как при реакции будет выделяться много тепла;

В остальном все нужно делать так же как в первом способе.

3. Получение водорода из воды путем пропускания тока в 12В через раствор соли в воде. Это самый простой способ и больше всего подходит для домашних условий. Единственный минус этого способа в том, что водорода выделяется сравнительно мало.

Итак. Теперь вы знаете, как получить водород из воды и не только. Вы можете проводить очень много экспериментов. Не забывайте придерживаться правил безопасности во избежание травм.

Получение водорода в домашних условиях

В данной статье описаны наиболее популярные способы получения дешевого водорода в домашних условиях.

Способ 1. Водород из алюминия и щелочи.

Используемый раствор щелочи – едкого кали, либо едкого натра. Выделяемый водород более чистый, чем при реакции кислот с активными металлами.

Насыпаем в колбу небольшое количество едкого кали либо натра и заливаем 50 -100 мл воды, перемешиваем раствор до полного растворения кристаллов. Далее добавляем несколько кусочков алюминия. Сразу же начнется реакция с выделением водорода и тепла, сначала слабая, но постоянно усиливающаяся.

Дождавшись пока реакция будет происходить более активно, аккуратно добавим еще 10г. щелочи и несколько кусочком алюминия. Так мы значительно усилим процесс.

Закупориваем колбу, пробиркой с трубкой ведущей сосуд для сбора газа. Ждем примерно 3 -5 мин. пока водород вытеснит воздух из сосуда.

Как образуется водород? Оксидная пленка, которая покрывающая поверхность алюминия, при контакте с щелочью разрушается. Так как алюминий является активным металлом, то он начинает реагировать с водой, растворяясь в ней, при этом выделяется водород.

2Al + 2NaOH + 6h3O → 2Na + 3h3↑

Способ 2. Водород из алюминия, сульфата меди и пищевой соли.

В колбу насыпаем немного сульфата меди, и соли. Добавляем воду и перемешиваем до полного растворения. Раствор должен, окрасится в зеленый цвет, если этого не произошло, добавьте еще небольшое количество соли.

Колбу необходимо поставить в чашку наполненной холодной водой, т.к. при реакции, будет выделятся большое количество тепла.

Добавляем в раствор несколько кусочков алюминия. Начнется реакция.

Как происходит выделение водорода? В процессе образуется хлорид меди, смывающий оксидную пленку с метала. Одновременно с восстановлением меди происходит образование газа.

Способ 3. Водород из цинка и соляной кислоты.

Помещаем в пробирку кусочки цинка и заливаем их соляной кислотой.

Являясь активным металлом цинк, взаимодействуя с кислотой, вытесняет из нее водород.

Zn + 2HCl → ZnCl2 + h3↑

Способ 4. Производство водорода электролизом.

Пропускаем через раствор воды и проваренной соли электрический ток. При реакции, будет выделятся водород и кислород.

Получение водорода электролизом воды.

Давно хотел сделать подобную штуку. Но дальше опытов с батарейкой и парой электродов не доходило. Хотелось сделать полноценный аппарат для производства водорода, в количествах для того чтобы надуть шарик. Прежде чем делать полноценный аппарат для электролиза воды в домашних условиях, решил все проверить на модели.

Эта модель не подходит для полноценной ежедневной эксплуатации. Но проверить идею удалось. Итак для электродов я решил применить графит.

Прекрасный источник графита для электродов это токосъемник троллейбуса. Их полно валяется на конечных остановках. Нужно помнить, что один из электродов будет разрушаться.

Пилим и дорабатываем напильником. Интенсивность электролиза зависит от силы тока и площади электродов. К электродам прикрепляются провода. Провода должны быть тщательно изолированы. Для корпуса модели электролизера вполне подойдут пластиковые бутылки. В крышке делаются дырки для трубок и проводов. Все тщательно промазывается герметиком.

Для соединения двух ёмкостей подойдут отрезанные горлышки бутылок. Их необходимо соединить вместе и оплавить шов. Гайки делаются из бутылочных крышек. В двух бутылках в нижней части делаются отверстия. Все соединяется и тщательно заливается герметиком.

В качестве источника напряжения будем использовать бытовую сеть 220в. Хочу предупредить, что это довольно опасная игрушка. Так что, если нет достаточных навыков или есть сомнения, то лучше не повторять. В бытовой сети у нас ток переменный, для электролиза его необходимо выпрямить. Для этого прекрасно подойдет диодный мост. Тот что на фотографии оказался не достаточно мощным и быстро перегорел. Наилучшим вариантом стал китайский диодный мост MB156 в алюминиевом корпусе.

Диодный мост сильно нагревается. Понадобится активное охлаждение. Кулер для компьютерного процессора подойдет как нельзя лучше. Для корпуса можно использовать подходящую по размеру распаячную коробку. Продается в электротоварах.

Под диодный мост необходимо подложить несколько слоев картона. В крышке распаячной коробки делаются необходимые отверстия. Так выглядит установка в сборе. Электролизер запитывается от сети, вентилятор от универсального источника питания. В качестве электролита применяется раствор пищевой соды. Тут нужно помнить, что чем выше концентрация раствора, тем выше скорость реакции. Но при этом выше и нагрев. Причем свой вклад в нагрев будет вносить реакция разложения натрия у катода. Эта реакция экзотермическая. В результате неё будет образовываться водород и гидроксид натрия.

Тот аппарат, что на фото выше, очень сильно нагревался. Его приходилось периодически отключать и ждать пока остынет.

Получение водорода в домашних условиях

Проблему с нагревом удалось частично решить путем охлаждения электролита. Для этого я использовал помпу для настольного фонтана. Длинная трубка проходит из одной бутылки в другую через помпу и ведро с холодной водой.

Место подсоединения трубки к шарику хорошо снабдить краником. Продаются в зоомагазинах в отделе для аквариумов.

Основные знания по классическому электролизу.

Принцип экономичности электролизёра для получения газа h3 и O2.

Наверняка все знают, если опустить два гвоздя в раствор питьевой соды и подать на один гвоздь плюс, а на другой минус, то на минусе будет выделяться Водород, а на плюсе Кислород.

Теперь наша задача найти такой подход, чтобы получить как можно больше этого газа и потратить при этом минимальное количество электроэнергии.

Урок 1. Напряжение

Разложение воды начинается при подаче на электроды чуть больше 1,8 вольта. Если подавать 1 вольт, то ток практически не идёт и не выделяется газ, а вот когда напряжение подходит к значению 1,8 вольта, то ток резко начинает расти. Это называется минимальный электродный потенциал при котором начинается электролиз. Поэтому- если мы подадим 12 вольт на эти 2 гвоздя — то такой электролизёр будет жрать много электроэнергии, а газу будет мало.

Вся энергия уйдёт в нагрев электролита.

Для того. чтобы наш электролизёр был экономичным — надо подавать не более 2-х вольт на ячейку. Поэтому, если у нас 12 вольт — мы делим их на 6 ячеек и получаем на каждой по 2 вольта. 

А теперь упрощаем — просто разделим ёмкость на 6 частей пластинами- в результате получится 6 ячеек, соединённых последовательно на каждой ячейке будет по 2 вольта каждая внутренняя пластина с одной стороны будет плюсом, а с другой минусом. Итак — урок номер 1 усвоили = подавать маленькое напряжение.

Теперь 2-ой урок экономичности: Расстояние между пластинами

Чем больше расстояние — тем больше сопротивление, тем больше потратим тока для получения литра газа. Чем меньше расстояние — тем меньше потратим Ватт в Час на Литр газа. Далее буду пользоваться именно этим термином — показатель экономичности электролизёра / Из графика видно, что чем ближе находятся пластины друг к другу — тем меньше напряжение требуется для прохождения одного и того же тока. А как известно выход газа прямо пропорционален количеству тока прошедшего через электролит.

Перемножая более маленькое напряжение на ток — мы получим меньше ватт на то же количество газа.

Теперь 3-й урок. Площадь пластин

Если мы возьмём 2 гвоздя и используя первые два правила расположим их близко и подадим на них 2 вольта — то газу получится совсем мало, так как они пропустят очень мало тока. Попробуем при тех же условиях взять две пластины. Теперь количество тока и газа будет увеличено прямо пропорционально площади этих пластин.

Теперь 4-й урок: Концентрация электролита

Используя первые 3 правила возьмём большие железные пластины на маленьком расстоянии друг от друга и подадим на них 2 вольта. И опустим их в водичку, добавив одну щепотку соды. Электролиз пойдёт, но очень вяло, вода будет нагреваться. Ионов в растворе много будет, сопротивление будет маленькое, нагрев уменьшится а количество газа увеличится

Источники: 505sovetov.ru, all-he.ru, zabatsay.ru, xn—-dtbbgbt6ann0jm3a.xn--p1ai, domashnih-usloviyah.ru

Это интересно

Приключения на чужбине

После длительной охоты, голодный и уставший, даен Варрунна вернулся домой.

Он попросил у матери лепешек из …

---

Суд богов

Бог огня Локи и гном Синдри поспорили между собой, заложив свои головы. Чтобы разрешить спор они решили …

---

Новые сварочные технологии

Более 60-ти лет компания Fronius производит сварочное оборудование высочайшего класса и неоспоримого качества. Изобретатель Гюнтер Фрониус …

---

Индра и Вишварупа

Тваштар был известен среди индийских богов, как творец, искусный мастер. Именно  ему принадлежит сотворение тел людей и …

---

Главная » Энергетика » Энерго Новости » Найден надёжный способ хранения водорода

Найден надёжный способ хранения водорода

Админ | 2 Июнь 2017 | Комментариев: 0

Учёные из Университета Нового Южного Уэльса совершили новое, можно сказать революционное открытие. Смысл его в том, что разработанный ими новый композиционный материал для хранения водорода, состоящий из наночастиц металлического магния, может поглощать и выделять водород при контролируемой скорости и невысокой температуре, при этом не окисляя металлический контейнер.

Новая технология хранения не требует использования тяжелых, дорогостоящих металлических катализаторов. Сохраненный таким образом водород может эффективно использоваться в топливных элементах и аккумуляторах.

Размер наночастиц из металлических сплавов влияет на скорость выделения водорода, содержащегося в гидриде металла.

Отопление водородом: перспектива ли?

Чем меньше наночастицы, темы выше скорость, с которой водород выделяется в топливный элемент. Их уникальные наноструктуры показали замечательные свойства хранения водорода, в том числе тем, что оказались способны выделять энергию при более низких температурах, чем это наблюдалось ранее.

Таким образом, было преодолено главное препятствие, мешавшее использованию водорода в качестве альтернативного источника топлива. Найдена возможность его надёжного и главное безопасного хранения. Считается, что водород как топливо будущего может быть использован для обеспечения энергией зданий, портативной электроники и транспортных средств — но применение водорода в этом качестве во многом зависит от надёжности и дешевизны технологии хранения.

Никто и никогда не пытался синтезировать эти частицы на наноуровне, потому что все считали, что сделать это слишком сложно. Новые материалы, которые могут быть сгенерированы при помощи этой захватывающей стратегии, могут быть использованы не только для производства новых эффективных топливных элементов, но и для решения многих проблем в других областях исследований, касающихся энергетики.

Темы: хранение водорода, получение водорода, водород