Laboration - Ta bort rost med elektrisk ström

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Källa: http://school.chem.umu.se

Material

• Ett rostigt föremål (järnstav)

• En Järncylinder

• Kärl som minst rymmer 3lit vatten

• Spänningskub

• Vatten 3lit (H2O)

• Natriumkarbonat (Na2Co3)

• Gummihandskar (ej nödvändigt)

Säkerhets föreskrifter
1: Låt den gas som bildas vid elektrolysen ventileras bort. Det bildas nämligen knallgas, som är väldigt explosiv och lättantändlig om den samlas i tillräckligt hög koncentration.

2: Var noga med att det inte kommer något vatten på spänningkuben.

3: Natriumkarbonat är giftigt så använd det försiktigt och undvik att få stänk i ögonen och tänk på att alltid tvätta händerna ordentligt efter användning.


Hypotes
Vi tror att rosten kommer att försvinna från järnstaven och lösas i vätskan som kommer att få en lätt rödbrun färg. Katoden kommer att bli fri från rost medan ny rost kommer att bildas vid anoden, därför att det som händer vid anoden blir tvärtom vid katoden.


Utförande av avrostning
• Blanda vatten och Natriumkarbonat (Na2Co3).
• Sänk ned den rostiga järnstaven i lösningen.
• Ställ spänningskuben på ett ställe där den inte riskerar att bli fuktig.
• Anslut den negativa polen från spänningskuben till den rostiga järnstaven.
(Järnstaven blir katod)
• Anslut den positiva polen från spänningskuben till järncylindern. (Järncylindern
blir offeranod)
• Sänk ned järncylindern i baljan. Sladden från spänningskuben får inte nudda
lösningen! Sätt cylindern runt järnstaven.
• Anslut spänningskuben till ett jordat uttag och slå på strömmen.
• Vänta några timmar.
• Koppla från strömmen och ta upp järnröret.
• Skölj och skrubba järnstaven med diskborste för att få bort eventuella
slaggprodukter.
• (Skydda föremålet med rostskyddande medel).


Resultat
Efter 66 timmar stängde vi av strömmen. Rosten hade då släppt från järnstaven och på järncylindern hade rost bildats. Järnstaven blev alltså avrostad (se också bild 2). Lösningen hade blivit rödbrun av rosten och det hade bildats olika slaggprodukter.
Under själva utförandet bildades också knallgas, vilket gjorde att det fräste och blev bubblor i lösningen.
Vår hypotes stämde alltså, men vi hade inte trott att det skulle bildas rost även på järncylindern.


Varför?
• Varför avrostades järnstaven (katoden)?
På järnstaven satt det alltså rost. Rost består av positiva järn(III)joner (Fe3+)
och negativa oxidjoner (O2-) och även vatten (H2O) som reagerat med varandra.
För att rosten återigen ska kunna bli riktigt järn måste järn(III)jonerna ta
emot tre elektroner (e-). Elektroner fås från spänningskubens negativa pol.
Reaktionsformel: Fe3+(s)+ 3 e-  Fe(s)

• Varför bildades det rost vid järncylindern (offeranoden)?
Vid anoden sker en reaktion som är motsatsen till den vid katoden.
Järncylindern tar alltså till sig tre elektroner och positiva järn(III)joner.
Anoden har underskott av elektroner eftersom den är kopplad till
spänningskubens positiva pol.
Reaktionsformel: Fe(s)  Fe3+(aq)+ 3 e-
Nu använde vi oss av ett ganska dåligt järnföremål som anod. Om vi hade haft
t.ex. en väldigt motståndskraftig stållegering hade man kunnat använda den om
och om igen, eftersom att det inte blir någon korrosion då. Vår anod hade så
småningom lösts upp. Pga. detta och att det bildas rost på den kallas den
offeranod.

• Varför bildades det knallgas?
Vid katoden bildas det vätgas, eftersom att spänningen egentligen är mycket
högre än vad den behöver.
Reaktionsformel: 4 H2O + 4e-  2 H2(g) + 4 OH-
Vid anoden bildas syrgas.
Reaktionsformel: 4 OH-  2H2O +O2(g) + 4e-
När vätgas och syrgas reagerar med varandra bildas knallgas. I vår lösning
började det alltså att fräsa och bli bubblor.
Reaktionsformel: 2H2O  2 H2(g) + O2(g)

Hur man hade kunnat utveckla labben vidare…

Om man hade kopplat den positiva polen, till den rostiga järnstaven istället för den negativa så hade fel föremål avrostat. Då hade järncylindern tagit emot elektroner istället. Om det då hade funnits rost på järncylindern hade detta avrostat. Men nu hann vi inte testa detta.


Utvärdering

Vi tyckte att det här området var roligt. Det var kul att få göra någonting annat
än att bara läsa i böckerna och att få tänka lite själva.
Det var bra att vi hade läst om elektrokemi innan den här labben, annars hade
det blivit ganska krångligt att förstå, men nu tyckte ...