Ymsymudiad ïonau: dod ag electrolysis yn fyw

Watch this

Watch the video and download the technician notes from the Education in Chemistry website: rsc.li/xxxxxxx

Lawrlwythwch

Y nodiadau i dechnegwyr ar ffurf MS Word neu pdf.

Mae dealltwriaeth o’r grymoedd atynnol a gwrthyrrol rhwng gronynnau wedi eu gwefru yn hanfodol er mwyn gwneud synnwyr o Gemeg. Dyna pam rydw i’n teimlo bod gweithgareddau electrolytig yn brofiadau hynod bwerus i fyfyrwyr. Mae dangosydd dargludedd ar raddfa micro CLEAPSS wedi newid pethau, gan alluogi myfyrwyr i arsylwi adweithiau rhydocs sy’n digwydd mewn electrodau heb gyfarpar swmpus na gwifrau. Gellir gweld ïonau’n symud drwy ddefnynnau, a gellir dangos effeithiau modur, hyd yn oed, drwy gyflwyno magnet.

Mae’r arddangosiad clasurol sy’n dangos symudiad ïonau positif a negatif yn yr un arbrawf yn galw am ddefnyddio meintiau cymharol fawr (0.1 môl) o halwynau copr a chromiwm(VI) gwenwynig, a gwaith cydosod manwl a thrafferthus sy’n cynnwys haenau o wahanol ddwyseddau. Mae CLEAPSS wedi cael adroddiadau am yr arddangosiad hwn yn rhoi canlyniadau gwael ac yn cymryd hyd at hanner awr i weithio heb ddefnyddio folteddau afresymol o uchel, yn rhannol oherwydd gludedd uchel y gel a ddefnyddiwyd yn y dull traddodiadol.

Gallwch sicrhau canlyniad cyflymach gyda’r cydosodiad symlach hwn, a ddatblygwyd gan Adolf Cortel. Gellir ei redeg a hyd yn oed ei wrthdroi mewn gwers fer gyda meintiau tua 100 micromol o halwynau.

This article is also available in English

Read the English language version.

Offer

Ar gyfer yr hydoddiant electrolyt

2 g o amoniwm clorid (yn achosi llid difrifol ar y llygaid)
100 cm³ o hydoddiant amoniwm hydrocsid 2 mol dm^-3 (llidus i’r llygaid, llidus ar y croen)

Ar gyfer y cymysgedd copr cromad

0.2 g o botasiwm deucromad(VI) (gwenwynig, yn achosi llosgiadau difrifol ar y croen a niwed i’r llygaid, yn gallu achosi anawsterau anadlu os caiff ei fewnanadlu, yn gallu achosi diffygion genetig, yn gallu achosi canser, niweidio ffrwythlondeb neu blentyn yn y groth, yn achosi niwed i organau drwy gysylltiad am gyfnod hir neu dro ar ôl tro, yn gallu dwysáu tân)
0.25 g o gopr(II) sylffad(VI) hydradol (niweidiol, llidus, yn achosi niwed difrifol i’r llygaid, yn wenwynig iawn i fywyd dyfrol, ac effeithiau hirdymor)
1 cm3 o amonia crynodedig (35%/’880’) (cyrydol, llidus, yn achosi llosgiadau difrifol a niwed i’r llygaid, ac yn wenwynig wrth ei fewnanadlu)

Ar gyfer yr arddangosiad

Cyflenwad pŵer cerrynt uniongyrchol 20 V
Gwifrau a chlipiau crocodeil
Dau glip papur dur
Dau waelod dysgl Petri (i roi dyfnder)
Papur hidlo neu bapur cromatograffaeth

Two petri dishes wired with crocodile clips and paperclips and attached with paper which is changing colour under the charge

Ffynhonnell: © Declan Fleming

Defnyddiwch y diweddariad syml a diogel hwn o arddangosiad electrolysis clasurol i ddangos symudiad ïonau positif a negatif

Paratoi

Cymysgedd copr(II) cromad(VI)

Gwisgwch goglau atal tasgu a menig tafladwy. Dylech osgoi codi llwch, gweithiwch mewn cwpwrdd gwyntyllu gyda’r echdynnydd wedi ei ddiffodd a’r ffenestr yn rhannol i lawr. Pwyswch 0.2 g o botasiwm deucromad(VI) a 0.25 g o gopr(II) sylffad(VI) hydradol a’i roi mewn ffiol wydr samplu. Ychwanegwch 1 cm³ o amonia crynodedig (agorwch y botel yn ofalus gan y gallai gwasgedd fod wedi cronni) gyda phibed ddiferu a’i droi gyda blaen y bibed i ffurfio daliant gwyrdd. Glanhewch yr ardal yn drylwyr gyda chadach tamp cyn symud ymlaen.

Mae hyn yn cynhyrchu digon ar gyfer tua phum arddangosiad.

Hydoddiant electrolyt

Gweithiwch mewn labordy wedi ei awyru’n dda, gan wisgo goglau atal tasgu. Hydoddwch 2 g o amoniwm clorid mewn 100 cm³ o hydoddiant amoniwm hydrocsid 2 mol dm^-3 a’i storio mewn potel wedi ei labelu.

Iechyd a diogelwch a gwaredu

Dylai aelodau CLEAPSS edrych ar PS067m a HC006.
Gweithiwch mewn ystafell wedi ei hawyru’n dda gan y bydd anwedd amonia yn tryledu i ffwrdd o’r electrolyt.
Gwisgwch goglau diogelwch.
Peidiwch byth â gadael i hydoddiannau neu arllwysiadau cromad(VI) sychu - glanhewch gyda chadach tamp ar unwaith.
Gellir ailddefnyddio hydoddiant electrolyt os nad oes newidiadau sylweddol wedi digwydd. Os oes angen i chi gael gwared arno, cymysgwch ef ag o leiaf dair gwaith cyfaint y dŵr i’w wanedu i 0.5 M a rinsiwch ef i lawr draen dŵr budr (mae’n bosibl y bydd angen cwpwrdd gwyntyllu ar ddiwrnod cynnes).
Gellir golchi gweddillion cymysgedd copr cromad gwag i lawr draen dŵr budr gyda digon o ddŵr ar ei ôl. Fel arall, ychwanegwch 20 cm³ o 1 M H₂ SO₄ yn ofalus i’w asideiddio cyn ychwanegu sbatwla o sodiwm metadeusylffid i leihau unrhyw gromiwm(VI) yn llwyr i gromiwm(III) a golchi’r hydoddiant dilynol i lawr draen dŵr budr gyda digon o ddŵr ar ei ôl.

O flaen y dosbarth

Gweithiwch mewn labordy sydd wedi ei awyru’n dda a gwisgwch fenig tafladwy. Gosodwch ddwy ddysgl Petri wrth ymyl ei gilydd, plygwch y clipiau papur er mwyn iddynt allu eistedd dros ymyl y ddysgl a chael eu dal gyda chlip crocodeil wedi ei gysylltu â gwifren i gysylltu â therfynellau’r cyflenwad pŵer (edrychwch ar y llun). Llenwch y dysglau Petri i tua 5mm o ddyfnder gydag electrolyt fel bod y clipiau papur y tu mewn i’r dysglau o dan yr hylif ar gyfer cyswllt trydanol. Rhowch ddarn petryal o bapur hidlo neu bapur cromatograffaeth (tua 8 x 2 cm) fel bod un ochr fer yn cael ei rhoi o dan yr hylif ym mhob un o’r ddwy ddysgl. Bydd yr electrolyt yn amsugno ar y papur, ond mae’n bosibl y bydd angen i chi ychwanegu ychydig o ddiferion yn y canol i’w gadw’n llaith drwyddo draw. Dabiwch unrhyw hylif sydd dros ben.

Gan ddefnyddio pibed ddiferu, codwch ychydig ddiferion o’r cymysgedd daliant o ffiol samplu a thynnu llinell wyrdd denau o gymysgedd copr cromad yng nghanol y papur, yn berpendicwlar i gyfeiriad y cerrynt.

Gosodwch y cyflenwad pŵer DC i 20 V. Mewn llai na phum munud bydd band melyn yn symud tuag at y derfynell bositif a bydd band glas yn symud tuag at yr un negatif. Gwnewch yn siŵr eich bod chi’n diffodd y cerrynt cyn i’r bandiau gyrraedd yr electrolyt swmp os ydych chi’n dymuno ei ailddefnyddio. Gellir gwrthdroi’r cerrynt i wyrdroi cyfeiriad symudiad y bandiau, gan achosi i’r lliwiau gymysgu unwaith eto.

Cyngor doeth

Bydd crynodiad hydoddiannau amonia yn gostwng dros amser, felly os cynhyrchir slwtsh oren-frown yn y ffiol samplu yn hytrach na daliant gwyrdd llachar, yna mae eich amonia crynodedig wedi colli llawer o’i nerth - dylai ychwanegu 0.5 cm³ o amonia crynodedig ffres achub y cymysgedd.

Nod addysgu

I fyfyrwyr iau, mae’n ddigon siarad am ïonau Cu²⁺ glas ac ïonau CrO₄^2- melyn. O safbwynt Cemeg, byddai rhagfynegiad o gyfeiriad symudiad y endidau hyn sydd â gwefrau dirgroes yn ddigon. Cyn troi’r cerrynt ymlaen, mae’n werth gofyn i’r disgyblion ystyried pa mor gyflym maent yn meddwl y bydd y lliwiau’n symud, o ystyried bod bwlb golau’n ymddangos fel petai’n cynnau’n ddi-oed pan fydd rhywun yn pwyso ar switsh (os ydynt wedi gweld yr arddangosiad trylediad NH₃/HCl, mae’n bosibl y byddant yn dyfalu a yw’r ïonau Cu²⁺ a CrO₄^2- yn symud yr un pellter) - gall hyn atgyfnerthu eu modelau meddyliol o symudiadau gwefr mewn cylched. Er mwyn helpu myfyrwyr i ddeall y cysyniad o symudiad gwefrau, cyflwynwch nhw i Efelychiad pecyn adeiladu cylched PhET sy’n dangos cludwyr gwefr mewn gwifren. Dylai hyn eu galluogi i gydnabod bod yn rhaid bod cludwyr gwefrau eraill yn yr electrolyt.

I fyfyrwyr iau, mae’n ddigon siarad am ïonau Cu²⁺ glas ac ïonau CrO₄^2- melyn. O safbwynt Cemeg, byddai rhagfynegiad o gyfeiriad symudiad y endidau hyn sydd â gwefrau dirgroes yn ddigon. Cyn troi’r cerrynt ymlaen, mae’n werth gofyn i’r disgyblion ystyried pa mor gyflym maent yn meddwl y bydd y lliwiau’n symud, o ystyried bod bwlb golau’n ymddangos fel petai’n cynnau’n ddi-oed pan fydd rhywun yn pwyso ar switsh (os ydynt wedi gweld yr arddangosiad trylediad NH₃/HCl, mae’n bosibl y byddant yn dyfalu a yw’r ïonau Cu²⁺ a CrO₄^2- yn symud yr un pellter) - gall hyn atgyfnerthu eu modelau meddyliol o symudiadau gwefr mewn cylched. Er mwyn helpu myfyrwyr i ddeall y cysyniad o symudiad gwefrau, cyflwynwch nhw i Efelychiad pecyn adeiladu cylched PhET (bit.ly/3v6yZ21) sy’n dangos cludwyr gwefr mewn gwifren. Dylai hyn eu galluogi i gydnabod bod yn rhaid bod cludwyr gwefrau eraill yn yr electrolyt.

Bydd archwilio’r clipiau papur yn ofalus pan fydd y cerrynt yn llifo yn dangos bod ïonau eraill yn bresennol. Pan fydd y cerrynt yn cael ei wrthdroi, gall myfyrwyr arsylwi ïonau yn mudo i’r cyfeiriad arall a’r newid mewn ymddygiad yn y terfynellau clipiau papur. Pa ragfynegiadau allai fod gan y myfyrwyr ar gyfer y gwahaniaethau a welwyd mewn arbrawf tebyg a gynhaliwyd gydag ïonau wedi eu gwefru’n unigol?

Bydd myfyrwyr hŷn yn gwerthfawrogi nad yw’r ïon copr yn bodoli fel endid sy’n symud yn rhydd mewn hydoddiant, ond yn hytrach fel ïon cymhlyg, ac y bydd y crynodiad uchel o amonia yn y cymysgedd gwyrdd yn arwain at ffurfio ïon cymhlyg [Cu(NH₃)₄ (H₂ O)₂]²⁺, sydd â lliw glas llawer dyfnach na’r cymhlygyn hecsaacwa. Mae hyn yn helpu i wneud yr arddangosiad yn fwy amlwg. Mae’n bosibl eu bod nhw hefyd wedi archwilio’r cydbwysedd asid-bas rhwng yr ïon Cr₂ O₇^2- oren a’r ïon CrO₄^2- melyn, y mae’n werth tynnu eu sylw atynt.

Declan Fleming