Живино срце: Електрохемиска модификација
Кога со графитна катода се допре жива која е прекриена со разреден раствор од сулфурна киселина започнуваат периодични промени на обликот на живата.
Прибор
Графоскоп, саатно стакло (со дијаметар 10 cm), Петриева шолја (со дијаметар 9 cm), градуирани пластични пипети, акумулатор или исправувач на наизменична струја, приклучни жици, две графитни електроди (моливчиња), соодветен метален држач за електродите, пластичен послужавник или плиток стаклен сад, жива гума, лист бела хартија.
Хемикалии
Жива, сулфурна киселина (c = 2 mol/L), сулфурен цвет.
Начин на работа
- Работете во пластичен послужавник.
- Ставете ги хемикалиите во послужавникот.
- Поставете бел лист хартија во послужавникот.
- Поставете ја Петриевата шолја на лист хартија и на неа саатното стакло.
- Користете пластична пипета да додадете 1-2 mL жива во саатното стакло.
- Ставете сулфурна киселина во саатното стакло се до целосно покривање на живата.
- Прицврстете ги графитните електроди на држачот (Сл. 1).
- Поврзете ги електродите на извор на права струја.
- Поставете ги врвовите на електродите во растворот од сулфурна киселина и допрете ја жива со еден од нив.
- Вклучете ја струјата и зголемувајте го електричниот напон.
- Внимавајте на обликот на живата.
- По демонстрацијатата соберате ја течноста во шише за отпад со тешки метали.
Сл. 1. Апаратура
Резултати и заклучоци
При вклучувањето на стујното коло и зголемувањето на електричниот напон до приближно 4-6 волти може да се забележи движење на живата кое наликува на движењето од претходниот екперимент со тоа што во овој случај отсуствува разноликоста на формите. Всушност, во овој случај пулсациите многу повеќе наликуваат на пулсации на срце. Со зголемување на напонот до приближно 12 волти може да се забележи зголемување на фреквенцијата на пулсирањето на живата.
Објаснението за овие пулсации во голем дел се совпаѓа со објаснението дадено во претходниот експеримент. Во овој случај, исто така, живата осцилира меѓу две состојби и тоа состојба карактеризирана со висок површински напон и состојба карактеризирана со низок напон.
Сл. 2. Едноставна шема на двоен слој: при контакт со катода(a) без контакт(b).
Разликата меѓу овие два експерименти е во тоа што во овој случај изворот на електони не е клинчето туку катодата. Ова на своевиден начин го потврдува механизмот на пулсирањето. Како второ, пулсациите на живата се одвиваат преку создавање на различни форми. Причината за тоа е постоењето на електрично поле кое манифестира различно поведение на живата. Живата која ја допира катодата и самата станува катода. Таа добива негативен полнеж, а со тоа и висок површински напон (состојба I). Штом живата се ослободи од контактот со катодата таа се уште го има негативниот полнеж и на неа се одигрува реакција на редукција која ги троши електоните:
2H3O+(aq) + 2e- → 2H2O(l) + H2(g) (процес на катодата)
Оваа електрохемиска реакција, се разбира, се одвива и на катодата (и на живата кога таа е допрена со катодата). Ова е втората состојба на живата при која таа се здобива со низок површински напон. Циклусот се затвора со повторен контакт со катодата. Како што понапред беше кажано формите на живата се различни од оние во претходниот експеримент. Во овој случај вирчето од жива се издолжува, а во некој ситуации при повисок напон доаѓа дури и до отцепување на капки жива кои се упатуваат кон анодата. Во зависност од големината на електричниот напон и позицијата на анодата некоја од капките жива може и да успее да ја допре анодата. Во тој момент таа предава негативен полнеж на анодата (го “затвора” струјното коло) и самата за момент станува анода. Заради конусната форма на саатното стакло капката жива набрзо се враќа на контактот со катодата.
Штом живата ја допира катодата, таа е негативно наелектризирана и под влијание на електричното поле се издолжува, има тенденција да дојде во контакт со анодата. Со тоа се стреми, исто така, да го намали растојанието меѓу електродите, а со тоа се намалува и електричниот отпор во струјното коло.
При изведувањето на експериментот се одвиваат електрохемиски процеси при кои се ослободуваат гасови. Имено, на катодата се ослободува водород, а на анодата се ослободува кислород:
2OH–(aq) = H2O(l) + 1/2O2(g) + 2e–
Оваа равенка како и претходната се равенки кои опишуваат електрохемиски процеси на катодата и анодата карактеристични за електролиза на вода.
Совети за безбедност
Живата се собира во шишенце кое се означува со етикета на која ќе пишува онечистена жива и се чува за повторување на овој екперимент или други експерименти (на пр., живина амеба). Ако живата не сакаме да ја чуваме треба да ја хемисорбираме со специјална супстанца која е наменета за тоа, а во трговијата доаѓа со називот Chemizorb од производителот Мерк. Вака хемисорбираната жива се собира во пластично шише се до нејзино соодветно одлагање.
Живата и нејзините соединенија се многу отровни. Случајно истурената жива треба да се собери и чува во затворен и означен сад. Сулфур во прав (сулфурен цвет) може да се примени на површини каде има истурено жива. Со цел да се спречи растурање на жива при случајно истурање треба да се работи во пластичен послужавник. Живината пареа е особено опасна и во лошо вентилирани лаборатории каде има истурено жива може да предизвика хронични труење.