Как получить водород в домашних условиях

Как добыть водород безопасно в домашних условиях?

Для чего можно использовать водород на сегодняшний день?

Самым простым и доступным способом получения водорода в домашних условиях, является способ создания реакции между щёлочью и алюминием. Причём, чистота получаемого газа, будет гораздо выше, чем при вступлении в реакцию с кислотой.

Для получения водорода необходимо иметь алюминий и щёлочной раствор.

По алюминию,- лучше всего подойдёт обыкновенная фольга. От шоколадок или пищевая.

В качестве основы для щелочного раствора нужно взять противозасорное средство "Крот". Его полным полно в магазинах, да и дома у многих это средство есть.

Насыпаем в стеклянную ёмкость,- к примеру двух или трёхлитровую банку немного порошка или гранул средства "Крот", где-то парочку столовых ложек и заливаем ста граммами воды, комнатной температуры. Тщательно и аккуратно перемешиваем раствор, до полного растворения порошка/гранул. Стараемся, чтобы раствор не попал на поверхность нашей кожи или в открытые орган тела.

Фольгу скатываем ладонями в небольшие шарики, диаметров в один-два сантиметра и бросаем эти шарики в банку. Реакция по выделению водорода начнётся незамедлительно. Это можно будет увидеть визуально и определить по выделению тепла. После этого нужно немного подождать и убедиться, что реакция начала происходить гораздо интенсивнее. Обычно это где-то от 20 до 60 секунд. Затем в банку добавляем ещё одну столовую ложку "Крота" и ещё фольги. Вуаля! Получение водорода в домашних условиях состоялось. Если закрыть банку плотной пластиковой крышкой, предварительно просверлив в ней отверстие и вставив в это отверстие трубку, то с помощью этой трубки можно аккумулировать водород. Например в воздушном шарике.

Главное не забывать, что водород это чрезвычайно огнеопасный и взрывоопасный газ и все подобные эксперименты могут привести к пожару и травмам. Поэтому обязательно необходимо соблюдать строжайшие меры противопожарной безопасности.

Ну а куда использовать получаемый водород,- это уже предстоит решать каждому самостоятельно. Но при этом нужно понимать, что данные эксперимент не есть производственное устройство для промышленного получения газа ив ёмкости для аккумуляции не удастся создать приличное давление. А крышка с банки может даже и отлететь под напором водорода. А это в свою очередь усилит опасность возникновения пожара.

Умиляют подобные вопросы, ведь простому обывателю кажется, что получить водород достаточно просто, а ведь между тем это, хотя и можно сделать в обычных условиях, все же довольно опасно. Первое, что нужно знать — это то, что делать подобные опыты нужно не иначе, как на открытом (на улице) воздухе, поскольку водород — газ весьма и весьма легкий (примерно в 15 раз легче стандартного воздуха) и будет он скапливаться у потолка, образуя смесь, весьма способную к взрыву. Если же принять все необходимые меры по предотвращению проблемных моментов, то можно осуществить реакцию взаимодействия щелочи и алюминия.

Берем колбу (лучше всего) или бутылку из стекла на 1/2 литра, пробку (посредине отверстие), трубку для отвода водорода, по 10 грамм алюминия и купороса (медного), соли поваренной (примерно грамм 20-ть), воды в количестве 200 мл. и шарик (резиновый) для сбора водорода. Купорос приобретаем в садово-огороднических магазинах, а в качестве алюминиевого сырья вполне могут выступить банки из под пива или проволока. Само собой, эмаль предварительно удаляют обжигом, нужен чистый алюминий, без примесей.

На 10 грамм купороса берут 100 мл воды, соответственно, готовят и второй раствор — на 20 грамм соли уйдет 100 мл воды. Оттенок растворов будет таким: купорос — голубой, соль — бесцветный. Далее все смешиваем воедино и получаем такой зеленоватого оттенка раствор. В него и добавляют заготовленный заранее алюминий. Смесь начнет давать пену — это водород. Алюминий замещает медь и вы это воочию сможете увидеть по налету красноватого оттенка на алюминиевом сырье. Появляется взвесь белесоватого цвета, именно тут можно начинать собирать нужный нам водород.

В процессе идет получение дополнительного тепла, в химии такой процесс относят к экзотермическим. Понятное дело, что если процесс не контролировать, то получится что-то вроде гейзера, который будет выплевывать порции кипятка, так что концентрация первоначальная должна быть под контролем. Для этого же и используют пробку с трубкой, чтобы безопасно произвести вывод водорода наружу. Диаметр трубки, кстати, никак не должен превышать 8-ми миллиметров. Собранным водородом можно надуть шарик, который будет значительно легче окружающего воздуха, а значит — позволит ему подняться вверх. Честно сказать, подобные опыты практиковать нужно чрезвычайно внимательно и осторожно, иначе не избежать травм и ожогов.

Получение водорода в домашних условиях

Шапилова, В. В. Получение водорода в домашних условиях / В. В. Шапилова, Г. И. Талапчук. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2018. — № 1.1 (15.1). — С. 97-98. — URL: https://moluch.ru/young/archive/15/1180/ (дата обращения: 26.08.2023).

На Земле водород в чистом виде почти не встречается, и в повседневной жизни мы с ним не сталкиваемся. Но в соединениях — это второй по количеству атомов элемент в земной коре после кислорода. Все живые существа на Земле, включая нас с вами, примерно на 2/3 состоят из водорода.

Ключевые слова: водород, получение водорода.

Так что же такое водород? Каковы его свойства? Как его получают и применяют в земных условиях? Можно ли получить водород в домашних условиях, и как это делать лучше всего? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить в ходе нашей научной работы.

Водород — это самый простой элемент в природе, состоящий из одного протона и вращающегося вокруг него электрона. Впервые получение водорода упоминается у английского учёного Роберта Бойля, который в 1671 году проводил реакцию между железными стружками и разбавленными кислотами. Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году — по аналогии с «кислородом» М. В. Ломоносова. Официальное латинское название водорода «Hydrogenium».

В промышленности водород получают в основном из ископаемого топлива. В первую очередь это природный газ, метан, с которым большинство из нас может встретится на кухне, если вас есть газовая плита. Водород получают из лёгких фракций нефти. Третий по популярности источник водорода — это уголь.

Наиболее доступным для повторения в домашних условиях является разложение воды электрическим током (электролиз).

Для проведения нашего эксперимента мы взяли старую зарядку на 5 В 750мА и угольные электроды, извлечённые из обычных солевых батареек. Для измерения протекающего тока использовался мультиметр.

Наблюдение выделения водорода в результате взаимодействия металлов с разбавленными кислотами было самых первым в истории химии. И его относительно просто повторить в домашних условиях. Для этого нам понадобится металл, желательно поактивнее и кислота. В нашем эксперименте мы выбрали электролит для свинцовых аккумуляторов, который можно найти в ближайшем автомобильном магазине и цинк из использованных солевых батареек. Для сбора водорода, как и в случае электролиза, использовали перевёрнутую бутылку с опущенным в воду горлышком. Электролит дополнительно развели водой в пропорции 50 мл раствора серной кислоты на 150 мл. воды. Цинка из батарейки получилось примерно 1 г. За 12 часов весь металл растворился и мы получили 0.7 литра водорода.

Другой популярный метод — взаимодействие металлов с щелочами. Для эксперимента мы выбрали два варианта, которые были под рукой — кусочки провода и фольгу для запекания. Щёлочь (гидроксид натрия) можно найти в бытовых магазинах как средство для прочистки канализационных труб (КРОТ, например). Установку для получения использовали почти такую же, что и в опыте с кислотой и цинком. Раствор в обоих опытах был одинаковым: 20 мл щёлочи и 200 мл воды. В первом опыте использовали проволоку диаметром 1.5 мм, во втором — кусочки фольги. В обоих случаях масса алюминия была 1 г. В первом опыте удалось получить 1.2 л водорода, заняло это 34 часа. Во втором опыте фольга растворилась за 1 час 20 минут, выделив 1.4 л водорода. Из этих опытов можно сделать вывод, что скорость реакции сильно зависит от площади поверхности, на которой она происходит. В опыте с фольгой площадь поверхности была во много раз выше, чем в опыте с проволокой. Ещё большей скорости можно добиться, если взять алюминий в порошке. В этом случае соотношение площади поверхности к массе будет наибольшим.

Таким образом, в экспериментах по получению водорода наиболее быстрым и доступным способом оказался вариант взаимодействия алюминиевой фольги со щёлочью. Но если необходимо получать водород регулярно и в больших количествах, то на первое место должен выйти электролиз, так как он не требует никаких расходных материалов кроме воды. Правда для этого понадобится более серьёзная установка, чем зарядка от телефона и пара бутылок.

В ходе научной работы мы познакомились с самым распространённым, но таким редким в быту веществом, как водород. Научились получать его различными способами и выбрали наиболее удобный для осуществления в домашних условиях — воздействие средства для прочистки труб, содержащего щёлочь, на алюминиевую фольгу.

Так же мы на собственном опыте убедились, что водород — горючий и взрывоопасный газ, но им вполне можно наполнять воздушные шарики, чтобы они летали. Правда при этом стоит держать их подальше от открытого огня.

Как добыть водород в домашних условиях: генератор своими руками для получения вещества из воды

Для создания анода нам понадобятся старый карандаш, нож, клеммы, провода и пистолет с горячим клеем.

Возьмите карандаш и счистите дерево, пока не доберётесь до графитового сердечника. Поместите сердечник в клеммы и закрутите его, но не слишком туго, иначе он сломается.

Оголите концы кабеля и закрепите их с другой стороны закручивающихся клемм.

Изолируйте клеммы горячим клеем. Убедитесь, что соединение водонепроницаемо. Единственное, что не нужно закрывать горячим клеем — графитовые стержни.

Как вы видите на фото, я взял два кусочка графита и поместил их в две клеммы. Я соединил обе клеммы с одним кабелем. Это увеличит рабочую поверхность графита и повысит производительность генератора.

Шаг 2: Сооружаем катод

Для сборки катода нам понадобится кабель и стриппер для оголения кабеля (можете оголить кабель подручными средствами).

Оголите 10-20 см кабеля и накрутите его вокруг карандаша. Эта медная спираль — готовый катод.

Чтобы увеличить поверхность катода, вы можете присоединить к нему кусок меди.

Шаг 3: Собираем заглушку контейнера

На этом этапе вам понадобится крышка контейнера, воронка, дрель, анод, катод и пистолет с горячим клеем.

Просверлите отверстие в крышке контейнера, отверстие должно быть достаточно большим, чтобы вмещать кончик воронки. Проденьте кончик воронки в отверстие и закрепите его горячим клеем. (Тут нужно быть внимательным — клей не должен быть настолько горячим, чтобы расплавить пластик крышки и воронки).

После того, как клей остынет, приклейте катод внутри воронки, а анод снаружи.

Просверлите небольшие отверстия в крышке, пропустите через них провода и запаяйте все горячим клеем.

Шаг 4: Дорабатываем источник питания

Перед доработкой блока питания, проверьте, что он никуда не подключен!

Сама доработка очень проста. Вам нужно соединить зелёный кабель с чёрным (земля). Не спаивайте кабели друг с другом, ведь в случае короткого замыкания вам нужно будет их разъединить, а потом, для продолжения работы, соединить снова (хорошей идеей будет соединить кабели при помощи выключателя).

Блок питания начнёт работать, как только вы соедините зеленый и черный кабель. Теперь у нас есть блок питания.

Для использования блока питания, оголите синий кабель (-12V) и желтый кабель (+12V). Закрепите оголенные провода в завинчивающихся клеммах.

Шаг 5: Финальная настройка

Теперь, когда всё соединено, осталось лишь наполнить контейнер водопроводной водой и добавить в неё немного соли, а затем закрыть крышку.

Присоедините провода к блоку питания и подайте электричество (на этом этапе вы должны заметить небольшие пузырьки, поднимающиеся от электродов).

Последним этапом будет добавить воздушный шарик поверх воронки, в него будет захватываться водород.

Шаг 6: Предостережения

НИКОГДА не подключайте генератор водорода к обычной розетке! Используйте ТОЛЬКО токи малого напряжения.

Водород крайне ВОСПЛАМЕНИМ, поэтому во время работы генератора и при хранении водорода предпримите все меры предосторожности.

Шаг 7: Образовательная часть

Если вы не собираетесь сооружать генератор водорода, но вам интересна сама химическая реакция, то прочитайте этот материал.

Электролиз:
Электролиз это эндотермическая реакция. Это означает, что реакция произойдет только тогда, когда в систему будет подаваться энергия. Мы достигаем этого с помощью блока питания. Блок питания отталкивает электроны от анода и подталкивает их к катоду.

Электроны находятся в молекулах водорода. Блок питания подталкивает молекулы воды (HHO) к разделению на положительно заряженные ионы водорода (H+) и отрицательно заряженные гидроксид-ионы(OH-).

Из-за электромагнитных сил, положительно заряженные ионы водорода притягиваются к катоду, а гидроксид-ионы притягиваются к аноду.

Катод передаёт ионам водорода электроны, и они становятся газом водорода.

Так как анод притягивает электроны, то он забирает их у гидроксид-ионов и они становятся ионами водорода и газом кислорода (OO). Затем ионы водорода перемещаются к катоду.

Зачем использовать графитовый сердечник в качестве анода?
Мы используем графитовые сердечники в качестве анода, так как металлы (за исключением платины), окисляются в силу электрохимических реакций в контейнере. Это значит, что если вы будете использовать железный анод, он просто заржавеет в процессе создания водорода. То же самое касается и меди — она станет оксидом меди. Это замедлит получение водорода в домашних условиях и придаст воде неприятный оттенок.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Добыча водорода из воды: методы и получение в домашних условиях

В квартире

Наука настолько быстро развивается, что ученые уже научились разными способами получать такой химический элемент как водород. В первую очередь, это делается для хорошей альтернативы в топливе для машин в будущем, чтобы автомобили больше не заправлять бензином. «H» станет отличной альтернативой для всего, если эта сфера поднимется на более высокий уровень. Его преимущество в экологичности!

На данный момент существует несколько способов по добыче этого элемента. Ниже будут рассмотрены все эти методы получения, а так же как добыть водород в домашних условиях.

Способы получения водорода

Методы получения веществ бывают промышленными и лабораторными. В промышленности их получают в больших объемах, а в лабораторных в небольших.

Электролизный метод

К промышленному методу относится электролиз воды. Электролиз, если объяснять просто — это разложение веществ под действием электрического тока. Сам процесс достаточно сложный.

Стоит знать, что такое электролиз, чтобы можно было разбираться дальше в этой теме. Это окислительно-восстановительный процесс, протекающий, который протекает на электродах (катиона и аниона), протекающий под действием электрического тока. Окислительно-восстановительный процесс предполагает, что после реакции несколько химических элементов из положительных станут отрицательными (анионами), и наоборот (катионами).

Разобравшись со значением названия, теперь нужно понять, как получают водород! Электролиз — 1 из самых простых способов.

Берется емкость. В нее заливается сода с водой. Внутрь кладутся 2 электрических элемента. 1 должен быть анодом (плюс), а второй (минус). Затем через содовый раствор пропускается электрический ток. Под действием тока водород отправляется к катоду, а вода (Н2О) к аноду.

Восстановление водяного пара металлами

Что происходит в этом случае? Металл взаимодействует с водой при нагревании. Чтобы жидкость превратилась в пар ее нужно нагреть минимум до 100 градусов. Металл+вода = реакция замещения. Образуется оксид и газообразный водород. Но вступать в такие реакции для образования впоследствии водорода могут далеко не все элементы металлов. Существует химическая таблица, в которой химические вещества расположены друг за другом в порядке уменьшения концентрации (слева направо). Все вещества, находящиеся после водорода (Н) не могут вступать в реакции замещения и, соответственно, не имеют возможности впоследствии образовывать газообразный водород.

Как получить нужный элемент?

Выделение водорода происходит следующим образом (с научной точки зрения):

Zn + H2O = ZnO + H2.

В начале был цинк и вода. Этот металл может участвовать в реакциях, т.к. он активнее водорода (находится левее). В результате Zn вытеснил Н из Н2О, встав на его место. Водород же остался «одиноким», простым веществом, выделившись в газообразном состоянии.

Точно такой же пример можно привести с магнием:

Mg + H2O = MgO + H2.

Из метана

Метан — органическое соединение (главный компонент природного газа). При окислении метана при наличии кислорода и воды при нагревании образуется углекислый газ(2СО2) и газ-водород (6Н2). Оба газа на выходе бесцветные, не имеющие вкуса и запаха.

Такую смесь необходимо разделить на отдельные компоненты (очистить водород от примесей углекислого газа). Для этого 2СО2 пропускают через известковую воду Са(ОН)2. Углекислый газ пропускают через бесцветную жидкость. В результате образуется нерастворимый остаток карбоната кальция. Н пройдет через воду без изменений. После пропускания известковая жидкость мутнеет. Это происходит из-за остаточных явления после 2СО2.

Восстановление водяного пара коксом

Кокс — это уголь (С). При взаимодействии кокса с водяным паром (с водой при нагревании) образуется оксид угарного газа и газообразный водород. Этот метод, в первую очередь, используется для получения Н. Этот способ используется для синтеза многих других веществ. Такую реакцию называют синтез-газ, т.е. получение 2-х газообразных элементов.

Мембранная сепарация

Тоже очень интересный метод выведения газообразного неметалла. Процесс довольно простой в описании.

СО (угарный газ), Н2О(воду) и СО2 (углекислый газ) пропускают через палладиевые решетки. Они состоят палладиево-серебряного сплава. Только 3 элемента могут пройти сквозь решетку. На выходе ученые получают 99% долгожданный водород.

Способ адсорбции

Для него в работу берутся твердые вещества (всем привычный активированный уголь). Его задача поглотить собой газовые смеси, чтобы на выходе получить Н2. Конечно, в работе также используют циклические адсорбенты (молекулярные сита), позволяющие в дальнейшем выделиться нужному веществу.

Свое название метод получил из-за адсорбентов — тех самых твердых веществ.

Взаимодействие металлов с разбавленными кислотами

Данный метод уже относится к лабораторному, т.е. на выходе уже не получится такого большого количества водорода.

Все та же реакция замещения. Металл может вступать в реакцию замещения, образуя соль кислоты и образуется газообразный Н. Отличия в том, что на место воды в химической формуле стоят кислоты (разбавленные):

Zn +HCl = ZnCl + H2

Mg + H2SO4 (серная кислота разбавленная) = MgSO4 + H2

Чаще всего в лаборатории используют цинк и магний, поэтому именно эта химическая формула наиболее популярна.

Электролиз воды

Последний способ, которым добывают водород — электролиз воды. Реакция происходит очень просто. Вода под действием электрического тока расщепляется на отдельные простые элементы воды и водорода. Отсюда и название (электролиз):

Это все способы получения водорода! Далее вы узнаете, как можно самостоятельно, своими руками создать настоящий прибор-генератор для получения Н2.

Добыча водорода в условиях домашнего хозяйства

Хоть получение водорода и кажется чем-то нереальным, его можно получить у себя дома на кухне. Но для этого вам понадобится электролизер. Без него никак! Ниже представлена инструкция, как его сделать!

P.S. В самом конце, когда вы уже запустите свое устройство — водород будет выделяться в воде в виде пузырьков, скапливающихся на ее поверхности!

Выбор электролизера

Электролизер — это емкость, в которую заливается содовый раствор и помещаются 2 электрода. Т.е. это основа, где в будущем будут получать водород. Для домашнего эксперимента нет смысла рассматривать сложные конструкции, требующие наличие разных инструментов, у большинства людей которых просто нет.

Также, на кухне мало у кого найдутся колбы для перемещения воды по ним, металлические крюки и прочие материалы. Поэтому ниже будет представлен способ, как можно собрать настоящий электролизер из простых инструментов, продающихся в стройматериалах. Перед началом работы ознакомьтесь с техникой безопасности!

Изготовление аппарата своими руками

Самый легкий и примитивный способ, как можно получить водород в домашних условиях — это с помощью электролиза. Чтобы создать генератор — ничего особенного не понадобится.

Следуйте пошаговой инструкции.

• Возьмите 2 болта диаметром 7 мм и 6 мм.

• В качестве электродов (катиона и аниона) используйте лезвия.

• Чтобы произошло разделение электродов — нарежьте пластиковую трубку с помощью канцелярского ножа на кусочки.

• Обматайте 1 часть лезвия скотчем.

• Внутри, где есть отверстие в само металлическое изделие проденьте болт, предварительно закрутив на нем изолятор.

• Крепко зажмите гайку болтика.

• С другой стороны лезвия точно также закрутите еще 1 болт.

• Возьмите пару болтиков и закрепите выходные контакты из медной проволоки к электродам.

• Контакты крепко закрепите, поставив их в вертикальное положение.

• С помощью изоляции для проводов изолируйте медную проволоку.

• Зажгите спичку и подержите контакты с изоляцией над огнем, чтобы их стенки соединились друг с другом.

• В крышке из-под банки проделайте 2 отверстия дрелью (наметьте карандашом, где нужны дырочки, поставив на крышку сверху концы от проволоки электрода).

• Вставьте в крышечку электроды с контактами.

• Проденьте проволоку с изоляцией как можно глубже в крышку, зафиксировав и в таком виде с помощью горячего клея.

• Закрутите крышку на банке. Основная часть генератора уже готова.

• Просверлите в банке еще 1 отверстие для выхода водорода.

• Отрежьте от медицинского шприца переднюю часть и закрепите ее на 3-ем отверстие.

• Закрепите пластиковый кончик на горячий клей.

• Налейте в банку воду и крепко закрутите крышку.

• Возьмите еще 1 новый шприц со смещенным центром.

• На его верхушке просверлите отверстие.

• Внутрь него проденьте тонкую трубочку.

• Закройте снизу шприц заглушкой, накрепко приклеенной.

• Саму деталь (водяной затвор) от генератора приклейте на скотч на банку.

• Возьмите пластиковую трубку и соедините выход водорода с водяным затвором.

• Далее понадобится вольтметр с «крокодилами», цепляющимися за контакты.

• При питании в 33 В начинает вырабатываться водород.

• Разряд можно поднять до 50 В, чтобы процесс получения водорода из воды протекал быстрее.

Теперь вы знаете, как сделать устройство для получения Н. Но стоит помнить о технике безопасности!