Elektrolyse in een magneetveld

1.Onderzoeksvraag

Hoe kunnen we het ionentransport tijdens een reactie zichtbaar maken?

2.Voorbereiding

a.Materiaal + stoffen

• petrischaal met 8cm diameter
• spanningsbron 4V gelijkspanning
• 2 snoeren met krokodillenklemmen
• 2koolstofelektroden
• bekerglas 250ml
• Kroezentang
• staafmagneet
• 2 druppelpipetten
• 1M Natriumsulfaatoplossing
• fenolftaleïneoplossing
• 0.1M natronloog
• 0.1M HCl
• overheadprojector voor beter resultaat

b.Opstelling (foto)

c.Etiketten

3.Uitvoeren

a.Werkwijze

1.  Schenk in het bekerglas ca 50ml natriumsulfaatoplossing
2. Voeg 5-6 druppels fenolftaleïne toe
3. Regel pH zo door HCl toe te voegen totdat het equivalentiepunt bereikt is
4. Plaats in de ene opstelling de kaliumnitraatoplossing, in de andere de natriumnitraatoplossing
5. Schenk in het petrischaaltje de oplossing
6. Maak een serieschakeling tussen het de koolstofelektroden en de spanningsbron en plaats deze in het petrischaaltje
7. Schakel de spanningsbron in totdat er een streep rode vloeistof zichtbaar is
8. 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.Reflecteren

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^– –> H_2(g) + 2OH^–_(aq)
• 2H2O_(vl) –> O_2(g) + 4H⁺_(aq) + 4e^–

Eerst 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.

5. Aanvullingen

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.