97. Kísérletek ózonnal
Szükséges anyagok és összetevőik:
Nincs a kísérlethez hozzárendelve kapcsolódó alapanyag és összetevő.
Ózon előállítása és vizsgálata.
Anyagok: 30%-os (m/m) kénsav, kálium-jodiddal és keményítővel átitatott szűrőpapír, desztillált víz, indigókármin híg vizes oldata (0,01 g/L, esetleg hígított tinta), léggömb.
Eszközök: védőszemüveg, kristályosító tál, tölcsér, egyenáramú áramforrás, fecskendő, vászonbetétes műanyag tömlő, elektromos vezetékek, 2 db ólomdarab, kihegyezett kerépárküllő, Bunsen-állvány, 2 db szorítódió, 2 db lombikfogó, gázmosópalack.
A kísérlet végrehajtása: a) Állítsuk össze a képen látható elektrolizáló berendezést, öntsük a kristályosító tálba a kénsavoldatot és indítsuk el az elektrolízist 20-25 V feszültséggel. A fecskendőben gyűtsünk össze az anódon (pozitív pólus) fejlődő gázból. b) A fecskendőben levő gázelegyből fújjunk a megnedvesített, kálium-jodiddal és keményítővel átitatott szűrőpapírra. c) Az indigókármin gázmosópalackban levő oldatába vezessük bele a fecskendőben levő gázból. d) Egy jól felfújt léggömb falához fújjunk a fecskendőben levő gázból.
Tapasztalat: a) Az elektrolízis során mindkét elektródon megindul a gázfejlődés, az anódon fejlődő gáz számunkra a fontos. b) A fecskendőben levő gázelegy a megnedvesített, kálium-jodiddal és keményítővel átitatott szűrőpapírral érintkezve kék színeződést okoz. c) A gázmosópalackban levő indigókármin oldata a gázbevezetés hatására elszíntelenedik. d) A léggömb falához vezetett gáz a gumi anyagát roncsolja és a léggömb eldurranhat (ez a gáz ózonkoncentrációjától és a gumi vastagságától függ).
Magyarázat: a) Az elektrolízis során az anódon oxigén mellett ózon is képződik: 2 H2O = O2↑ + 4 H+ + 4 e- (εo = +1,229 V); 3 H2O = O3↑ + 6 H+ + 6 e- (εo = +1,511 V); O2 + H2O = O3↑ + 2 H+ + 2 e- (εo = +2,075 V); a katódon hidrogén fejlődik: 2 H2O + 2 e- = H2↑ + 2 OH- (εo = 0 V). b) Az ózon a kálium-jodidban a jodidionokat elemi jóddá oxidálja, amit a keményítő kék színe jelez: 2 KI + O3 + H2O = 2 KOH + O2 + I2. Kontrolként tiszta oxigénnel is elvégezhetjük ezt a reakciót. c) Az ózon-tartalmú elegy az indigókármin (indigó-5,5'-diszulfonsav) indolrészét összekötő kettős kötést roncsolja és híg oldatban közel színtelen izatin-5-szulfonsav keletkezik. d) Az ózon roncsoló hatását a léggömb gumifalának az elszakadásával is bemutathatjuk.
Biztonsági tudnivalók és hulladékkezelés: Viseljünk védőszemüveget, a kénsav maró anyag! A kénsavoldatot többször felhasználhatjuk, ha már nincs rá szükségünk, közömbösítés után öntsük a lefolyóba. Az elektrolízis melléktermékeként keletkező ólom-dioxidot a nehézfém-hulladékok között gyűjtsük.