Proef 70   Bewegend gallium.

augustus 2013

Benodigde chemicaliën en spullen:

Proef70a.gif
Petrischaal op helling.
Ged. water (H2O):ca. 4 mL
Zwavelzuur 96% (H2SO4): ca. 1 mL
Gallium (Ga): ca. 1 gram
Elektrodes Pt, C:zie tekst
Petrischaal Ø 70mm, hoogte 10mm:1
Metalen plaatje 100mm x 70mm:zie tekst
Stroombron 9V/150 mA DC met draden en klemmen.
Druppelpipet, statief, klemmen,
USB-warmhoudplaatje, pincet.

Voorbereiding:

Neem een metalen plaatje, bijvoorbeeld blik of aluminium van 10 bij 7 cm. Buig een randje van 8 mm om en een stukje van 30 mm, zoals in de figuur rechtsboven. (Je kunt ook een stuk stug elek­tri­citeitsdraad buigen tot een dito houdertje zoals bij de foto onder.) Plaats dit op het ingeschakelde warmhoudplaatje en zet daarop het petrischaaltje met een papiertje als clinometer eronder.
Doe wat warm water (≥ 50°C) in het schuinstaande schaaltje, en leg er een stukje gallium in van ongeveer 1 gram. Het zal smelten.
Plaats - in het water gestoken - een platina draadje als positieve elektrode (anode) 2 cm links van het gallium en 2 cm rechts ervan een koolstof staafje als negatieve elektrode (kathode). Een metalen vulpotlood met draaisysteem is daarvoor handig. Je kunt dan het grafieten staafje mooi de vloeistof indraaien, en met een krokodillenklem de stroom aansluiten aan het metaal van het potlood.

Uitvoering van de proef:

Verbind nu beide elektrodes met de stroombron: het platina + en het potlood -. Er gebeurt niets. Schakel de stroom uit, en voeg nu met de druppelpipet langzaam en voorzichtig 1 mL zwavelzuur toe. Het gallium vormt onmiddellijk een mooie ronde druppel, net zoals in proef 41.
Schakel vervolgens de stroom weer in. Er zijn kleine belletjes zichtbaar aan de elektrodes ten teken dat het water ontleed wordt. Dat is niets bijzonders, maar kijk naar het gallium! De druppel rolt een beetje omhoog richting de kathode. En bovendien plat hij wat af en valt na enige tijd weer terug. De druppel blijft zo heen en weer gaan tot de stroom wordt uitgeschakeld.
Proef70b.gif
Beweging naar de kathode.
Verklaring:

Het zuur laat met het metaal waterstof ontstaan zodat het metaal zich gaat gedragen als elektrisch, positief geladen. Daardoor trekt het vloeibare metaal naar de negatieve elektrode. Wanneer dan de Hisn-wand H2 wordt, ontlaadt het gallium en vloeit terug naar de beginstand. Dan komt er weer waterstof op, en het proces herhaalt zich. Waterstof i.s.n. werkt als tegen­houder van de Ga3+-ionen. Zie hiervoor ook proef 41-A.
In het huislaboratorium deed de proef het bij een spanning van 7 V en een stroom van 100 mA het mooist; 9 V voldoet ook.

Na afloop van de proef: 

Met keukenpapier zuig je het zuur in de petrischaal op. Daarna zet je de schaal met wat water in de koelkast. Dan stolt het gallium en is het weer bruikbaar voor een volgende proef.

Alternatief:   In plaats van zwavelzuur kun je natronloog van ca. 8 M toepassen. Maar dat werkt veel minder goed en bovendien moet de proef dan in een zuurkast worden gedaan. Het blijkt namelijk dat er dan tevens zeer irriterende gassen ontstaan, waarschijnlijk door rommel in de koolstofkathode.

Klik hier voor een filmpje .WMV of hier .MP4    (5'26").