Electrolysis ymarferol

This article is also available in English

Read the English language version.

Pam astudio electrolysis?

Mae electrolysis wrth galon cynhyrchu alwminiwm, puro copr, a chynhyrchu sodiwm hydrocsid a chlorin. Bydd y myfyrwyr yn gwerthfawrogi pa mor berthnasol yw’r prosesau hyn ar ôl darganfod bod faint o’r cemegion hyn sy’n cael eu cynhyrchu yn y byd bob blwyddyn yn cael ei fesur mewn megatunelli (tabl 1, isod).

Mae electrolysis a’i gymwysiadau yn ymddangos ym mhob manyleb arholiad TGAU. Mae gwaith ymarferol sy’n seiliedig ar electrolysis yn weithgaredd gofynnol wrth asesu sgiliau ymarferol myfyrwyr (tabl 2, isod).

Cemeg greiddiol a chynnydd

Nid yw electrolysis yn ymddangos ar ei ben ei hun mewn cynlluniau gwaith ac mae’n bwysig ystyried yr wybodaeth flaenorol sydd ei hangen ar fyfyrwyr i’w ddeall.

Yn gynharach, bydd myfyrwyr yn dysgu am ïonau a phriodweddau sylweddau ïonig. Byddan nhw’n dysgu bod ïonau yn gallu symud pan fyddan nhw mewn hydoddiant neu yn y tawdd, ac y bydd yr electrolyt hwn yn dargludo cerrynt trydanol. Mae’n gam bach iddyn nhw wedyn werthfawrogi bod electrolysis yn adweithiau cemegol sy’n cael eu hachosi gan lif cerrynt.

Wrth i’r myfyrwyr ymchwilio i wahanol brosesau electrolysis, gallan nhw gymhwyso eu gwybodaeth am y gyfres adweithedd i egluro’r cynhyrchion sy’n cael eu ffurfio, yn enwedig pan fydd sawl posibilrwydd. Bydd gwybodaeth am y gyfres adweithedd yn eu helpu i ddeall pam mae hydrogen yn cael ei gynhyrchu wrth yr electrod negatif pan fydd sodiwm clorid dyfrllyd yn cael ei electroleiddio, ond bod copr yn cael ei gynhyrchu wrth yr electrod hwn pan ddefnyddir copr(II) clorid dyfrllyd.

Ar lefel uwch, bydd myfyrwyr mwy galluog yn dod i ddeall bod electronau’n cael eu trosglwyddo wrth yr electrodau. Mae hanner hafaliadau’n cael eu defnyddio i ddisgrifio adweithiau’r electrodau ac mae hyn yn cysylltu ag astudiaethau ôl-16, pan fydd potensial rhydocs yn cael ei ddefnyddio i esbonio ac i gyfiawnhau’r gyfres adweithedd.

Datblygu sgiliau ymarferol

Mae’n bwysig bod gwaith ymarferol myfyrwyr yn ddiddorol, yn rhoi canlyniadau clir sy’n galluogi dehongliad cadarnhaol o’r arsylwi, yn gweithio’n ddibynadwy ac y gellir ei wneud yn ddiogel.

Mae’r rhan fwyaf o fyrddau arholi’r DU yn rhoi hyblygrwydd i athrawon o ran sut cynhelir arbrofion electrolysis ac o ran y dewis o hydoddion yr ymchwilir iddynt. Mae’n ddymunol bod myfyrwyr yn ymgymryd â’r arbrofion hyn mewn ffordd ymchwiliol yn hytrach na dilyn rysáit gyda chanlyniadau disgwyliedig. Mae cynnal cyfres o arbrofion ar nifer o hydoddion a phrofi’r cynhyrchion yn caniatáu i’r myfyrwyr ddadansoddi eu harsylwadau ac ymchwilio i beth yw’r cynhyrchion. Gall y myfyrwyr wedyn ddarganfod sut mae’r cynhyrchion yn berthnasol i waith maen nhw wedi’i wneud ar y gyfres adweithedd. Bydd hyn yn cysylltu â gwaith mewn cyrsiau ôl-16 ar botensial rhydocs.

Bydd angen i’r myfyrwyr ymarfer drwy ddefnyddio celloedd electrolytig er mwyn bodloni gofynion byrddau arholi a dangos eu bod wedi ennill y sgiliau angenrheidiol. Bydd defnyddio rhai mathau o gyfarpar yn atal athrawon rhag trefnu digon o waith ymarferol oherwydd y gost, faint o gemegion a ddefnyddir, y peryglon posibl sy’n gysylltiedig â’r broses a’r angen am ddigon o bŵer. Serch hynny, mae yna ddewisiadau eraill ar gael.

Problemau ymarferol a datrysiadau  posibl

Gwella’r canlyniadau

Gydag electrolysis halwynau copr(II) ar raddfa fawr, mae hi’n anodd gweld y dyddodiad copr ar yr electrod negatif drwy’r hydoddiant glas tywyll, a phrin mae modd gweld y gostyngiad yng nghrynodiad yr ïonau copr(II). Ar ben hynny, gydag electrolysis hydoddiannau cloridau, mae datblygiad llawer iawn o glorid yn gallu achosi gofid  i fyfyrwyr ac i athrawon.

Serch hynny, mae modd cynnal fersiwn ar raddfa micro  o electrolysis o gopr (II) clorid dyfrllyd gyda dim ond dau neu dri diferyn o’r hydoddiant (ffigur 2). Mewn ychydig funudau, mae’r lliw glas yn pylu i fod bron yn ddi-liw, mae’r clorin sy’n cael ei gynhyrchu wrth yr electrod positif yn troi papur litmws glas yn goch ac yna’n cael ei gannu, ac mae diferyn o botasiwm ïodid dyfrllyd yn troi’n frown. Mae’r myfyrwyr yn gallu gweld y newidiadau hyn yn hawdd a chasglu beth yw’r cynhyrchion sydd wrth yr electrodau. Mae’r swm bach iawn o glorin sy’n cael ei gynhyrchu yn cael ei amsugno i raddau helaeth gan adweithyddion y prawf ac mae unrhyw beth sydd dros ben yn cael ei gyfyngu o dan gaead y ddysgl Petri.

Mae modd defnyddio blychau plastig tec-awê i storio ac i ddosbarthu’r holl gyfarpar a chemegion ar gyfer arbrawf ar raddfa micro. Mae’r rhain yn ei gwneud hi’n haws trefnu gwers ymarferol ac yn golygu nad oes angen i’r myfyrwyr fynd o amgylch y labordy i gasglu’r cyfarpar.

Cyfarpar electrolysis

Does dim angen defnyddio cyflenwad pŵer DC drud ar gyfer gwaith ymarferol: weithiau bydd myfyrwyr yn camddefnyddio hwn gan chwythu ffiwsiau neu switshis tripio. Yn aml, bydd batri PP3 9V syml gyda chysylltwyr a chlipiau crocodeil yn fwy na digon ac yn osgoi’r problemau hyn.

Mae rhodenni carbon neu ‘blwm’ pensil (graffit) yn aml yn cael eu defnyddio fel electrodau mewn arbrofion ysgol. Yn anffodus, maen nhw’n frau ac yn hawdd eu torri a gall hyn fod yn broblem wrth eu rhoi mewn drwy dopyn: nid yw’n hawdd gweld toriadau ac mae’r myfyrwyr yn gallu meddwl nad yw’r cyfarpar yn gweithio. Dewis arall yw defnyddio rhodenni ffibr-carbon 2 mm fel electrodau. Mae’r rhain yn cael eu gwerthu i adeiladu fframiau barcud, gan eu bod yn ysgafnach, yn galetach ac yn gryfach na rhodenni cansen traddodiadol. Mae modd eu torri’n ddarnau byr (drwy ddefnyddio gefeiliau cryf) a gwneud electrodau rhagorol na fyddan nhw’n torri wrth eu defnyddio.

Mae hi’n gallu bod yn anodd i fyfyrwyr gasglu nwy o electrod drwy ddefnyddio tiwb profi a’i ben i lawr wedi’i lenwi â hydoddiant: yn anochel bydd yr hydoddiant yn tywallt allan o’r tiwb. Dewis arall yw defnyddio chwistrell gyda phen y faril wedi’i dorri i ffwrdd (ffigur 4). Gwthiwch y plymiwr i mewn a gostwng y chwistrell i mewn i’r gell uwchben yr electrod. Tynnwch y plymiwr yn ôl i dynnu electrolyt i mewn i’r chwistrell dros yr electrod – mae nawr yn barod i gasglu nwy. Mae modd defnyddio’r graddnodau ar y chwistrell i fesur cyfaint y nwy sy’n cael ei gynhyrchu.

Mae foltamedr Hofmann yn cael ei ddefnyddio’n aml i ddangos electrolysis meintiol dŵr. Serch hynny, mae’r rhain yn ddrud a does dim modd cyfiawnhau eu prynu i’w defnyddio bob hyn a hyn. Dewis arall yw creu fersiwn ar raddfa micro o chwistrelli plastig a thapiau 3-ffordd (ffigur 5).

Mae David Everett yn athro cemeg sydd wedi ymddeol ac mae bellach yn gweithio fel ymgynghorydd addysg gwyddoniaeth annibynnol