Electrolyse op microschaal

Elektrolyse op microschaal

Datum: November 2002

Principe:

Elektrolyse van een kopersulfaat oplossing op microschaal.

Materiaal:

Plastic pipetje
Water
Kopersulfaat
Koperoxide
Tape

Voedingsbron (variabel)
Petrischaaltje met deksel
Pt draad
Cu draad
QX3 microscoop

Uitvoering:

Maak de punt van de koperelektrode schoon.
Plaats de elektroden in het petrischaaltje zoals geschetst in de tekeningen
De elektrode punten moeten ca. 5 mm van elkaar verwijderd zijn.
Plaats een druppel gec. kopersulfaatoplossing dusdanig dat de elektrodepunten de oplossing raken.
Plaats een extra druppel aan de kant. Deze dient als blanco.
Leg een paar korrel koperoxide in een band tussen de electrodes.

Plaats de deksel op het schaaltje.
Plaats het geheel onder de microscoop.
Verbind de elektroden met de gelijkspanningsbron (Pt + , Cu -).
Als de reacties gestart zijn verhogen we de spanning even naar 5-6 V. Observeer welk gevolg dit heeft.
Tegen het einde van de reactie vormen zich bellen aan beide elektrodes. Hou een vlammetje (van een lucifer) bij een van de gevormde bellen.
Maak regelmatig foto's met de microscoop.

Meetresultaten en uitwerking:

	Het moge duidelijk zijn dat het me niet gelukt is om zulk een mooie opstelling als hierboven beschreven te bouwen. Vooral het CuO liet zich niet zo mooi neerleggen. Er vormt zich een neerslag rond de kathode als de reactie begint. Er ontstaan belletjes aan de anode. De koper dendriet groeit naar de Pt elektrode toe. Sommige CuO deeltjes worden weer koperkleurig. Als we de spanning opvoeren naar 6-9 V groet de koper boom sneller.
Onderstaande foto's zijn na afloop van het experiment gemaakt. Vergroting 60x.

Discussie en conclusie:

Het bruine neerslag aan de negatieve pool wordt gevormd door een laagje vast koper. De sterkste oxidator in de oplossing nl. Cu²⁺ neemt elektronen op aan de negatieve pool. Bij de positieve pool ontstaan belletjes zuurstofgas. De sterkste reductor in de oplossing, nl. water, staat aan de positieve pool elektronen af.

Cu²⁺ + 2e^- --> Cu 2H₂O --> O₂ + 4H⁺ + 4e^-	kathode anode
netto reactie: Cu²⁺+ 2H₂O --> 2Cu + 4H⁺ + O₂

Opmerkingen:

Het is ook mogelijk om een batterij als spanningbron te gebruiken.
De vergroting die gebruikt is is 10x.
Voor verder onderzoek kan men de ruimte tussen de elektrodepunten variëren. Een andere mogelijkheid is de oriëntatie te veranderen door ze parallel te leggen.
Het koperoxide heb ik in een eerder experiment zelf gemaakt: CuO bereiding.
In feite is dit experiment een variant op het elektrodepositie experiment dat al eerder uitgevoerd is.

Literatuur:

'Chemie in druppels'; Stichting C3; Exp. 16
Andrew Harrison; 'Fractals in Chemistry'; Oxford Universitry Press; 1995.

Relevante websites:

Microscale electrolysis

13-02-2005