Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №2

Электрохимическая установка

_{(www.mntc.ru)}

Огромное количество электрохимических процессов, от электролиза до гальванопластики, может послужить на пользу домашней лаборатории. Предлагаем вашему вниманию несложную установку, существенно облегчающую их реализацию.

Чем отличается лабораторная электрохимическая установка от промышленной? В первую очередь размером, а также тем, что в ней часто приходится менять электролит — сегодня вам нужно одно, а завтра другое. Между использованием разных электролитов лабораторную установку неплохо бы промывать. Кроме того, лабораторная установка должна иметь гораздо большую гибкость в плане крепления электродов, образцов и вспомогательных приборов.

Простейшая установка состоит из прозрачной емкости со сливным шлангом, станины, штативов для электродов, блока питания и контроллера. Мы ее собрали из того, что оказалось под рукой, поэтому ваша установка может, разумеется, выглядеть совсем по другому.

Притороченный к основной емкости шланг служит одновременно и клапаном — если загнуть его вверх и тем самым пережать, ни капли не протечет. Если же освободить шланг, то весь раствор удобно сливается в отходы или банку для повторного использования, а емкость можно промывать водой как сняв с установки, так и прямо в ней.

Если процесс требует мало электролита, установка превращается в удобный столик.

Если вам хватает двух электродов, контакты присоединяются снизу или сзади чтобы не мешать работе. Однако иногда может понадобиться использование много электродных систем и тогда придется подавать все их в изолированных проводниках прямо в рабочую зону.

В качестве источника тока для опытных электрохимических установок практически идеален импульсный блок питания ATX, имеющийся в любом настольном компьютере. Такие блоки выдают стабилизированные напряжения 5 и 12 В (используемые в огромном количестве опытов по электрохимии) при силе тока до десятков А в постоянном режиме.

К сожалению, для получения качественных результатов многие химические (и не только) процессы должны происходить а) с точным соблюдением рекомендованных параметров б) весьма медленно. Оба этих требования наводят на мысли об автоматизации процесса. И в самом деле — ждать, глядя на часы, окончания эксперимента — не самое творческое занятие. А в наш компьютерный век — и подавно. Сделаем же простейший контроллер с управлением через LPT порт.

Он будет выполнять всего две команды — включение тока и переключение полярности. Первое реализуется любым достаточно мощным замыкающим реле, второе — сдвоенным переключающим. Для управления реле можно использовать транзисторы или, например микросхему типа ULN2003 (7 ключей на ток до 500 мА и напряжение до 50 В в одном корпусе за 12 рублей). На входы микросхемы подаются сигналы с ножек LPT-порта. В нашем случае, 2-я ножка включает ток, 3-я меняет полярность. Эти ножки соответствуют двум младшим битам байта, посылаемого в порт, таким образом, управляя эти байтом мы управляем установкой. Общий LPT-порта замыкаем на минус микросхемы. Саму микросхему можно питать от блока АТХ или любого отдельного источника.

Окно управляющей программы выглядит следующим образом:

Желтый и черный символизируют провода установки, между которыми можно переключать полярность. Кнопка "Пуск/Стоп" служит для запуска таймера, а кнопка "Останов/Продолж" для пауз без сброса таймера. При работе отображается количество оставшихся секунд, а для того чтобы сменить полярность во время работы рекомендуется ставить программу на паузу.

Вы можете скачать готовую программу (http://www.mntc.ru/projects/electrohim/el1.zip) или исходник на Visual Basic (http://www.mntc.ru/projects/electrohim/el1bas.zip) и DLL (если программа не работает, надо положить inpout32.dll в папку WINDOWS/SYSTEM32).

Подключив вместо электродов параллельно два светодиода (в противоположной полярности), проверим работу установки:

Добавим переменный резистор и миллиамперметр для плавной регулировки тока. Для некоторых процессов может понадобиться постоянное перемешивание раствора — здесь вас выручит аквариумный компрессор, подающий пузырьки на дно сосуда.

Такая установка пригодится вам для многих опытов (о которых мы еще расскажем).

Прим. ред.: По видимому в установке используется вакуумный колпак. Найти такой затруднительно, но в принципе можно попытаться отрезать дно у подходящей большой бутыли с узким горлышком.

Соляная кислота

_{(www.mntc.ru)}

Несмотря на то, что продажа соляной кислоты ограничена и ее бывает трудно купить в розницу, каждый может легко приготовить ее из поливинилхлорида — одной из самых распространенных пластмасс. Из ПВХ делают оболочки проводов, игрушки, многие бытовые и промышленные изделия.

Для наших целей ПВХ нужен в виде стружки.

Соорудим несложный аппарат. В стакане — вода, над которой выход из трубки накрыт резиновым "зонтиком". Трубка и зонтик не должны касаться воды, пробирка должна быть снаружи совершенно сухой (а не то лопнет). Вата установлена неплотно. Нагреваем стружку.

При термическом разложении ПВХ выделяется газообразный HCl, растворяющийся в воде. Кроме того, если мы имеем дело не с чистым ПВХ, а с пластмассами на его основе (что обычно бывает) то вместе с HCl в воздух выделяется всякая дурно пахнущая гадость, так что опыт следует проводить в соответствующих условиях.

Продолжаем процесс до почернения стружки. Можно и дольше, но HCl заметно не прибавится, а отмыть пробирку будет проблематично.

Слева — тест "покупного" 10 % раствора HCl, справа — наш "самопал". По всей видимости, его концентрация составляет около 5 %.

Полученная соляная кислота окисляет металлы (особенно цинк), реагирует со щелочами и т. п. — в общем, ведет себя как и положено соляной кислоте.