Lue keskustelun säännöt.
Kemian opettaja! Osaatko selittää elektrolyysin oikein?
10.12.2017 |
Olen rehellisesti sanoen todella hämmästynyt siitä, että en ole kuullut vielä yhdenkään suomalaisen opettajan selittävän siedettävästi veden elektrolyysiä, niin perustavanlaatuinen ja yleistietoon kuuluva kemiallinen ilmiö kuin se onkin. Sinä joka luet tätä, tunnetko ymmärtäväsi asian? No hyvä, kirjoita sitten kommentti ja kerro oman käsityksesi mukainen vastaus alla oleviin kysymyksiin.
Tunnettu faktahan on, että laimean natriumkloridiliuoksen elektrolyysissä natrium- ja kloridi-ionit eivät osallistu reaktioihin elektrodeilla, vaan sen sijaan vesi hajoaa vedyksi ja hapeksi. Anodilla vesimolekyylit luovuttavat elektroneja ja hapettuvat vetyioneiksi ja happikaasuksi. Katodilla vesimolekyylit puolestaan vastaanottavat elektroneja ja pelkistyvät hydroksidi-ioneiksi ja vetykaasuksi.
Nyt sitten se varsinainen kysymys kuuluu: Jos liuoksen natrium- ja kloridi-ionit eivät kerran osallistu näihin reaktioihin, niin mihin niitä ylipäätään tarvitaan elektrolyysissä? Miksi puhdas vesi ei johda sähköä eikä elektrolysoidu, mutta kun veteen liuotetaan natriumkloridia (tai muuta inerttiä elektrolyyttiä), niin miksi tämä yhtäkkiä mahdollistaakin vesimolekyylien hajoamisen anodilla ja katodilla?
Selvyyden vuoksi todettakoon, että itse uskon tietäväni vastauksen kysymykseen, mutta en ole ollenkaan varma, tietääkö tai ymmärtääkö moni muu. Odotan siis mielenkiinnolla keskustelua aiheesta! :)
Kommentit (50)
50 jatkaa:
Ihmettelen siis vaan sitä, että jos elektrodien välissä on eriste (=vesi), niin miten niillä on mitään vaikutusta toisiinsa/vesimolekyyleihin/yhtään mihinkään? Toki virtalähde aiheuttaa kumpaankin elektrodiin jännitteen, ja toki niiden välillä on potentiaaliero. Mutta eivät ne ole mitenkään vaikutuksessa toisiinsa kuitenkaan jos välissä on eriste,. Joten on ihan sama lilluvatko ne molemmat siellä vedessä vai onko toinen ilmassa tai onko toinen vaikka eri huoneessa.
Koskaelektrodit eivät vaikuta toisiinsa mitenkään, niin silloin olisi aivan sama työntää vain toinen elektrodi sinne veteen, ja sen pinnalla pitäisi silti tapahtua ne samat reaktiot mitä tuossa kuvasit.
Jos elektrodit siis vaikuttavat toisiinsa jotenkin ollessaan puhtaassa vedessä, niin osaatko selittää miten ja miksi? Kun kerta välissä on sähköä johtamatonta ainetta eikä niitä ole kytketty toisiinsa, niin en käsitä, miksi ne samat reaktiot eivät sitten tapahtuisi vaikka siellä vedessä olisi vain toinen elektrodi.
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Trollilla on selvästi mennyt tunteisiin kun hänen tasoaan on moitittu. Nyt on yritetty nostaa tasoa, hyvä juttu.
Olisiko terveempää kuitenkin pistää 7-23 palstalla vietetty aika ja energia johonkin hyödylliseen.
Mietippä sitä.
Vierailija kirjoitti:
No kun eihän niiden kahden elektrodin välillä ole sähkövirtaa, jos niiden välissä on vain sähköä johtamatonta ainetta = puhdasta vettä.
Tähän saakka oikein.
Vierailija kirjoitti:
Tällöin kummankin elektrodin jännite on yhdentekevä sieltä vedestä tarkasteltuna, veden "näkökulmasta" elektrodin jännite on nolla. Miksi siinä elektrodilla siis tapahtuu reaktioita?
Tässä mennään vikaan.
Elektrodien jännite ei ole yhdentekevä vedestä tarkasteltuna. Jos ne elektrodit on kytketty ulkoiseen jännitelähteeseen joka pumppaa elektroneja anodilta katodille, niin katodilla on silloin pieni elektronien ylimäärä ja anodilla elektronien vajaus. Jännitelähteen tekemän työn ansiosta katodin elektronien potentiaalienergia on myös korkeampi kuin anodin elektronien.
Elektrodien varauseron seurauksena veteen muodostuu sähkökenttä, ihan samalla tavalla kuin ladatussa kondensaattorissa metallilevyjen välillä on sähkökenttä, vaikka niiden välissä on eristettä. Tämä sähkökenttä vaikuttaa kaikkiin varattuihin hiukkasiin siellä vesiliuoksessa. Myös vesimolekyyleihin kohdistuu torsiovoima, koska ne ovat polaarisia ja niillä siten on positiivisesti varautunut pää ja negatiivisesti varautunut pää.
Vierailija kirjoitti:
Itse en tästä jaksa tämän enempää täällä keskustella. Jatkan kasiluokan kokeiden korjausta. Tämä on muutenkin väärä foorumi, joten sinunkin kannattaa etsiä joku muu palsta näihin keskusteluihin....
Tein jokin aika sitten tälle palstalle ketjun, jossa harmittelin sitä, ettei suomessa ole mitään kunnollisia tiedeaiheisia keskustelufoorumeita, joilla voisi keskustella mieltään askarruttavista ma/fy/ke-aiheisista kysymyksistä. Vastaukseksi tuli suurinpiirtein, että kysele täällä, palstan lukijakunta on niin laaja, että kyllä täältä aina joku löytyy joka osaa vastata.
No, tämän ketjun valossa täytyy todeta, että olisi ollut ehkä syytä suhtautua siinä aiemmassa ketjussa saamiini vastauksiin vähän kriittisemmin...
t. ap
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Vierailija kirjoitti:
Vierailija kirjoitti:
No kun eihän niiden kahden elektrodin välillä ole sähkövirtaa, jos niiden välissä on vain sähköä johtamatonta ainetta = puhdasta vettä.
Tähän saakka oikein.
Vierailija kirjoitti:
Tällöin kummankin elektrodin jännite on yhdentekevä sieltä vedestä tarkasteltuna, veden "näkökulmasta" elektrodin jännite on nolla. Miksi siinä elektrodilla siis tapahtuu reaktioita?
Tässä mennään vikaan.
Elektrodien jännite ei ole yhdentekevä vedestä tarkasteltuna. Jos ne elektrodit on kytketty ulkoiseen jännitelähteeseen joka pumppaa elektroneja anodilta katodille, niin katodilla on silloin pieni elektronien ylimäärä ja anodilla elektronien vajaus. Jännitelähteen tekemän työn ansiosta katodin elektronien potentiaalienergia on myös korkeampi kuin anodin elektronien.
Elektrodien varauseron seurauksena veteen muodostuu sähkökenttä, ihan samalla tavalla kuin ladatussa kondensaattorissa metallilevyjen välillä on sähkökenttä, vaikka niiden välissä on eristettä. Tämä sähkökenttä vaikuttaa kaikkiin varattuihin hiukkasiin siellä vesiliuoksessa. Myös vesimolekyyleihin kohdistuu torsiovoima, koska ne ovat polaarisia ja niillä siten on positiivisesti varautunut pää ja negatiivisesti varautunut pää.
Okei, niin kai sitten. En luonnollisesti osaa sanoa, oletko pähkäillyt tuon asian päässäsi oikein, ei minulla ole syvällistä tietämystä asiasta. Kiinnostavaa vaan lukea muiden ajatuksia aiheesta.
Mistähän tähän aiheeseen tosiaan saisi oikeaa tietoa? Mitä ilmeisimmin tämä palsta on siihen kovin hedelmätön. Minäkin tykkään kyllä ymmärtää asiat ihan perinpohjaisesti, joten siksi tämä kiinnostaa. Tarvitsisi vain jonkun kunnon tietolähteen, olisipa tutuissa sähkökemistejä... On nimittäin tuskainen homma yrittää löytää googlettamalla juuri se asia, mistä tässä keskustellaan. Suomenkielistä tuskin löytyy, ja en edes tiedä oikeita hakusanoja englanninkielisistä teksteistä hakemiseen. Varsinkaan sellaista, joka olisi niin selkeästi esitetty, että sen ihan ymmärtäisikin.
Onneksi on kemian osaajia paikalla. Kertokaas mulle, mikä erotusmenetelmä, kun
A) halutaan erottaa kupari ja sinkki messingistä?
B) tiskiaine tiskivedestä?
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Puhtaan veden resistiivisyys on yli 1000 kertaa suurempi kuin vesijohtoveden, joten sen elektrolyysi on epäkäytännöllistä mutta ei mahdotonta.
Vierailija kirjoitti:
50 jatkaa:
Ihmettelen siis vaan sitä, että jos elektrodien välissä on eriste (=vesi), niin miten niillä on mitään vaikutusta toisiinsa/vesimolekyyleihin/yhtään mihinkään? Toki virtalähde aiheuttaa kumpaankin elektrodiin jännitteen, ja toki niiden välillä on potentiaaliero. Mutta eivät ne ole mitenkään vaikutuksessa toisiinsa kuitenkaan jos välissä on eriste,. Joten on ihan sama lilluvatko ne molemmat siellä vedessä vai onko toinen ilmassa tai onko toinen vaikka eri huoneessa.
Koskaelektrodit eivät vaikuta toisiinsa mitenkään, niin silloin olisi aivan sama työntää vain toinen elektrodi sinne veteen, ja sen pinnalla pitäisi silti tapahtua ne samat reaktiot mitä tuossa kuvasit.
Jos elektrodit siis vaikuttavat toisiinsa jotenkin ollessaan puhtaassa vedessä, niin osaatko selittää miten ja miksi? Kun kerta välissä on sähköä johtamatonta ainetta eikä niitä ole kytketty toisiinsa, niin en käsitä, miksi ne samat reaktiot eivät sitten tapahtuisi vaikka siellä vedessä olisi vain toinen elektrodi.
Vastataan nyt tähän vielä parilla täsmentävällä huomiolla.
Siinä tapauksessa, että liuokseen työnnetään vain yksi elektrodi, niin kyllä siellä saattaa aivan minimaalinen määrä tapahtua vesimolekyylien pelkistymistä tai hapettumista. Esim. negatiivisesti varatun elektrodin (katodin) tapauksessa saattaa muodostua pikkiriikkinen määrä hydroksidi-ioneja. Mutta koska liuoksessa ei nyt ole toista elektrodia tuottamassa tasapainottavasti positiivisia ioneja, niin liuos saa niiden hydroksidi-ionien vaikutuksesta negatiivisen kokonaisvarauksen. Ja aivan kuten tuolla aiemmassa selityksessäni, niin nytkin se negatiivinen sähkövaraus hylkii elektrodin vapaita elektroneja estäen niiden siirtymisen liuokseen, ja elektrolyysi pysähtyy.
Sama tietysti tapahtuisi anodin eli positiivisen elektrodin kanssa vetyioneilla, jotka tuottaisivat liuokseen positiivisen kokonaisvarauksen ja siten estäisivät elektronien siirtymisen liuoksesta anodille. Siksi elektrolyysikennossa täytyy aina olla sekä positiivinen että negatiivinen elektrodi, että elektrolyysi etenisi.
Eristeisiin, johteisiin ja sähkökenttiin liittyen: kannattaa muistaa, että eriste on vain aine, jossa ei ole vapaita varauksenkuljettajia. Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että eriste blokkaisi sähkökentän. Päinvastoin, monet eristeet ovat aika huonoja ulkoisen sähkökentän heikentämisessä. Esim. ilma on normaalielämän tilanteissa esiintyvillä sähkökentän voimakkuuksilla eriste, mutta päästää sähkökentän lävitseen erinomaisesti. Testaa vaikka hankaamalla hiuksiisi ilmapalloa, jonka sitten viet käsivartesi läheisyyteen. Tunnet ihokarvojesi nousevan pystyyn sähkökentän vaikutuksesta, vaikka sähkövirtaa ilma ei johdakaan.
t. ap
Kuten jo aiemmin kirjoitin. Oma käsityksen on paljon yksinkertaisempi. Vesi poolisena yhdisteenä hajoaa kyllä ilman ionejakin, mikäli jännite on riittävän iso ionien lisääminen helpottaa suurinpiirtein kuvaamasi kaltaisella tavalla reaktiota.
Itse opetan yläkoulussa ja siellä ei kukaan oppilas ymmärrä noin monimutkaista selitystä. Eikä kuulukaan. Tuo ei kuulu tavalliseen yleissivistykseen.
Tieteen yksinkertaistaminen on kaikessa se vaikein homma. Miten avataan monimutkainen asia yksi kertaisesti, mutta kutenkin niin, ettei mennä ihan metsään. Aina on kuitenkin kyse jostain mallista ei tarkasta tilanteesta, kun kokeellisesta tieteestä puhutaan. Kaikkia malleja on yksinkertaistettu, jopa niitä täydellisempiä.
Esim. Atomimalli on aina malli, jossa on puutteita. Sekä siinä karvalakkimallissa, jota käytetään yläkoulussa ja kaikkein kehittyneimmissäkin.
Itse en tästä jaksa tämän enempää täällä keskustella. Jatkan kasiluokan kokeiden korjausta. Tämä on muutenkin väärä foorumi, joten sinunkin kannattaa etsiä joku muu palsta näihin keskusteluihin....