Химия и Химики № 3 2013. Опыты с гремучим газом

Получение гремучего газа электролизом (электролизер №2)

Увидев мою конструкцию электролизера, коллега сразу же начал ее критиковать, но меня это беспокоило мало, т.к. электролизер работал. К тому времени я уже успел набрать в 1.5-литровую бутылку гремучий газ и взорвать его.

Слушать о суперэлектролизере, который может питать горелку для резки, безусловно, интересно [1]. Однако намного интереснее иметь под рукой работающую установочку - пусть даже слабую. Так я ему и сказал. Тогда коллега принялся мастерить свой вариант электролизера - естественно поскромнее и из подручных средств.

Замысел был такой: медицинский флакон на 100мл с резиновой пробкой, через резиновую пробку проходят две пластины из нержавейки, они же - электроды. Электролитом служит 30% раствор щелочи (несравненно более крепкий, чем в моем электролизере). Для отвода гремучего газа служит игла от медицинской капельницы, введенная через пробку. Далее гремучий газ поступает по трубке в пневматическую ванну, мусорный пакет, воздушный шарик и т.п.

Было все, кроме электродов из нержавейки, и тут коллега обратил внимание на боковую стенку от какого-то прибора, из которой можно было вырезать продолговатые пластинки. Попробовали магнитом - не притягивается, значит действительно нержавейка. Самого прибора уже давно не было, я и сейчас не знаю, что это за прибор (например, это мог быть хроматограф или термостат), поэтому я ни секунды не сомневался, стоит ли резать этот рифленый лист на электроды. Минут через 10 электролизер был собран.

Каких-либо дополнительных уплотнителей для иглы или электродов коллега не использовал - он умудрился просунуть их через пробку, не нарушив герметичности. Позже мне это повторить не удалось.

Электроды подключили к блоку питания компьютера (тогда мы думали, что напряжение 12В, в действительности же оно оказалось 10В). Несмотря не небольшую поверхность электродов, началось бурное выделение газа. Замерили скорость, оказалось, что электролизер дает 1 л за 15 минут. Например, чтобы набрать 6-л бутылку нужно всего полтора часа.

С помощью такого электролизера я получил десятки литров гремучего газа и использовал его для экспериментов, которые описаны в следующих частях статьи. Однако конструкция оказалась совсем не идеальной. Нержавеющая сталь анода корродировала (правда, далеко не так быстро, как "черная сталь"), со временем электролит стал сначала черно-зеленоватым, затем - коричневым (ржавого цвета). В конце концов, анод отвалился: коррозия "срезала" его почти возле самой пробки.

Попытка заменить анод новой пластинкой привела к негерметичности. Я залил пробку сверху парафином, это действовало, но только до тех пор, пока парафин не нагрелся и не расплавился (минут через 15 после начала работы).

Я немного изменил конструкцию и ввел через пробку медные провода, к которым крепились снизу стальные электроды. Такой электролизер проработал несколько дней, но потом место ввода проводов потеряло герметичность.

Другой проблемой было нагревание электролита: в процессе работы электролит сильно грелся, а нередко - закипал. Особенно часто это имело место после добавления в ячейку свежей порции дистиллированной воды (взамен той, что испарилась или разложилась при электролизе). Кипение происходило из-за того, что щелочь разбавлялась и ее температура кипения падала (вероятная другая причина - подъем уровня электролита и, как результат, - увеличение поверхности электродов) [k1]. Когда часть воды испарялась или терялась в виде брызг, кипение ослабевало или прекращалось.

При кипении электролита брызги и пар попадали в газоотводную трубку, а через нее в наполняемый гремучим газом воздушный шарик или мусорный пакет. Во-первых, такой шарик или пакет отказывался летать - из-за дополнительного груза (10-30 мл раствора), а во-вторых, их опасно было поджигать, т.к. во все стороны полетят брызги крепкого раствора щелочи.

Чтобы уменьшить попадание брызг щелочи и водяного пара, я пустил газ через промежуточную склянку, которая играла роль каплеуловителя и конденсатора пара (взял пустой флакон на 100 мл - такой же из которого сделан электролизер и ввел через его пробку две трубки). При длительной работе электролизера в промежуточной склянке собралось более 30 миллилитров грязной жидкости. Если электролит в ячейке кипел слишком активно, то не помогала и промежуточная склянка: она грелась и пар попадал дальше. Пришлось опустить промежуточную склянку в кружку с водой - это помогло.

Немало проблем доставляло собственно электричество: электроды располагались близко, и было необходимо следить, чтобы не случилось КЗ (короткое замыкание). Это грозит не только выходом из строя блока питания (у многих блоков должна быть защита), но и более серьезным неприятностями.

Один раз я решил разобраться с негерметичностью ячейки и залил щели между пробкой и электродами полиэтиленом, однако это не помогло. Когда я попытался двигать контакты работающего электролизера (чтобы выяснить, где утечка), произошел взрыв.

Причина: вероятно, электроды соприкоснулись и дали искру, которая взорвала гремучий газ. Гремучего газа было недостаточно, чтобы разорвать электролизер, но взрывом выбило пробку в промежуточной емкости. К счастью, пробка в самом электролизере осталась на месте. В противном случае мне бы в лицо полетел концентрированный раствор щелочи (очков, естественно не было).

Один раз довелось наблюдать раскаленные докрасна участки на поверхности электродов, но взрыва не произошло: видимо, температура была недостаточной.

________________________________________
¹ Конструкция такого электролизера описана в статье Огонь из... воды (см. приложение) [ссылка]. Разница заключается в том, что коллега мечтает обойтись без ЛАТРа и понижающего трансформатора [k2].

Смотреть Видео (81 Мб, .avi )