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Démontrer l’électrolyse

Il n’est pas difficile de séparer (l’eau).
Séparer l’eau en hydrogène et oxygène avec un simple dispositif d’électrolyse et en utilisant un indicateur acide-base et un aimant pour créer de magnifiques tourbillons de couleur.

Indicating Electrolysis Main
Indicating Electrolysis Mat

Outils et matériel

  • Deux vis en acier inoxydable, chacune d’une longueur minimale de 1,5 pouce (40 mm, en vente dans votre quincaillerie du coin)
  • Verre transparent peu profond ou récipient en plastique tel que boîte de Petri
  • Sels d’Epsom (en vente dans votre pharmacie du coin) ATTENTION : ne le remplacez pas par des sels de table pour cette activité car il peut se produire du chlore gazeux
  • Pile de 9 volts
  • Élastiques
  • Indicateur acide-base comme rouge de phénol, phénolphtaléine, bleu de bromothymol ou indicateur au jus de chou (voir la partie « Pour aller plus loin » ci-dessous pour fabriquer votre propre indicateur de pH ; assurez-vous que vous connaissez les questions de sécurité et que vous savez quelle couleur indique un acide et/ou une base quand vous utilisez l’indicateur que vous avez choisi
  • Lunettes de protection
  • Cuillère
  • Facultatif : aimants
Indicating Electrolysis Assembly

Montage

  1. Enroulez un élastique dans le sens de la longueur autour de la pile de 9 volts de sorte que l’élastique passe par-dessus les deux bornes de la pile. Enroulez un autre élastique dans le sens de la longueur autour de la pile de sorte qu’il se croise perpendiculairement avec le premier élastique.
  2. Glissez une vis en acier inoxydable sous l’élastique et sur chaque borne de la pile. Chaque vis devrait être placée de façon que son pas soit en contact avec la borne. Les têtes des vis devraient pointer dans la même direction et les vis ne devraient pas se toucher (voir la photo). C’est votre dispositif d’électrolyse et les vis sont vos électrodes ; ce sont elles qui conduiront l’électricité pendant l’expérience.
  3. Mettez vos lunettes de protection.
  4. Remplissez votre boîte de Petri ou votre verre peu profond avec de l’eau tiède.
  5. Versez les cristaux de sel Epsom dans l’eau (environ 1/3 de cuillère à café si vous utilisez une boîte de Petri). Remuez votre solution avec une cuillère ou votre doigt pour mieux dissoudre le sel.
  6. Ajoutez un peu d’indicateur acide-base que vous avez choisi à la solution de sel jusqu’à ce que la solution prenne une couleur ; vous aurez besoin de quelques gouttes à quelques millilitres en fonction du type et de la concentration de votre indicateur.

À faire et à remarquer

Immergez les extrémités dénudées des vis dans la solution. Veillez à ne pas mouiller la pile ! Vous devriez être en mesure de poser votre dispositif d’électrolyse sur le coin du récipient.

Que remarquez-vous, que se passe-t-il aux extrémités de chaque vis ? Vos vis devraient commencer à faire des bulles de gaz et différentes couleurs devraient apparaître à chaque électrode.

Que se passe-t-il?

Avez-vous vu des bulles se former aux extrémités des vis ? Une vis a-t-elle émis plus de bulles que l’autre ? Regardez et voyez quelle borne de la pile correspond à quel volume de bulles et quelle borne correspond à quelle couleur de l’indicateur.

La formule moléculaire de l’eau est H2O, dans laquelle H désigne l’élément hydrogène et O désigne l’élément oxygène. Dans un verre d’eau, de nombreuses molécules se séparent naturellement en ions hydrogène (H+) qui sont chargés positivement et en ions hydroxyde (OH-) qui sont chargés négativement. Votre dispositif d’électrolyse engendre des réactions qui séparent encore plus l’eau.

Étant donné que les charges opposées s’attirent, l’ion hydrogène migre en direction de l’électrode négative et de ses bulles et l’ion hydroxyde contenant de l’oxygène migre en direction de l’électrode positive et de ses bulles. En même temps, vous créez aussi un changement de pH, ou de la quantité d’acide et de base, dans les zones situées autour des électrodes.

À l’électrode positive, les deux atomes d’oxygène sont attirés par les deux ions hydroxyde et se combinent pour former de l’oxygène (O2). Il reste une grande quantité d’ions hydrogène libres qui rendent la borne positive plus acide ; par conséquent, votre indicateur devrait afficher une augmentation de l’acide à la borne positive. De même, quand les ions hydrogène se combinent pour former de l’hydrogène (H2) à la borne négative, une grande quantité d'ions hydroxyde libérés sont produits près de la borne négative. Votre indicateur devrait donc afficher la production d’une base à la borne négative.

Le sel Epsom, aussi connu sous le nom de sulfate de magnésium (la formule chimique du sulfate de magnésium est MgSO4), est dissout dans l’eau pour aider votre pile à séparer l’eau plus efficacement. Le sel Epsom effectue la séparation en ions et ces particules chargées contribuent à conduire le courant électrique dans la solution.

thema-Lien

Chimie

Électricité

Électricité et magnétisme

Énergie

Physique

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