Mini elektrolytisk celle: 5 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Jeg har jobbet med dette prosjektet for mitt instrumentelle kjemi -kurs. Målet mitt var å måle spenning oppdaget av en katode i saltvann. Jeg utførte et standardtilskudd på omtrent 6,6 M saltvann, med injeksjoner på 1 ml ved hjelp av en medisinsk sprøyte.

Rekvisita

• Gradert sylinder, volumetrisk pipette, mikropipetter, etc. for å måle volum. Jeg brukte en sprøyte med 0,2 ml merking.
• Mikroprosessor, dvs. Arduino -enhet
• utvalg av mann-til-mann og hunn-til-mann-ledninger
• to krokodilleklipp
• brødbrett
• 10 kohm motstand eller lignende for spenningsdeler
• Fartøy for elektrolyse. Jeg brukte en gammel krydderkrukke og den fungerte ganske bra
• To binders for å lage katode- og anodeelektroder. Jeg kuttet også et sugerør i seksjoner bare for å holde elektrodene mine sikrere på plass, og forhindre at de berører hverandre eller glasset.
• Bordsalt (NaCl)
• Springvann

Trinn 1: Forbered saltløsningen

Jeg brukte spiseskjeer til å måle mengder salt og en målebeger med 50 ml markeringer for å måle vann når jeg lager min saltløsning. Jeg brukte jodisert salt fra merket Clover Valley. Jeg målte ut 3 ss salt, la saltet i en målekopp og fylte målebegeret til 250 ml med vann fra springen. 1 amerikansk spiseskje er omtrent 14,7868 ml, så 3 ss er omtrent 44,3604 ml. Tettheten av natriumklorid er 2,16 g/cm^3. Jeg multipliserte volumet og tettheten for å bestemme massen av NaCl, som var 95,82 g. Molmassen til NaCl er 58,44 g/mol, så molene av NaCl var 1,64 mol. 1,64 mol delt på det totale volumet på 250 ml eller 0,250 L resulterte i en 6,56 M NaCl -løsning. Slik ville jeg gå frem for å finne konsentrasjonen av saltprøven din hvis du ikke har noe fancy utstyr til rådighet.

Trinn 2: Sett opp den elektrokjemiske cellen

• Som jeg sa tidligere, brukte jeg en krydderkrukke med brede nok hull øverst til at jeg kunne injisere saltvann med en medisinsk sprøyte. Enhver type fartøy bør fungere, men det er best å kunne suspendere elektrodene og løsningen og kunne plassere dem der de ikke berører hverandre eller veggene i beholderen.
• Jeg brettet ut og rettet to binders for å lage min katode og anode. Jeg polerte dem også med sandpapir for å sikre at det ikke var noe belegg som ville fungere som isolator. Jeg lagde små rør ved å skjære et sugerør i åttendedeler. Jeg brukte halmrørene i krydderglasshullene der katoden og anoden ble plassert for å sikre at de ble på plass når jeg festet krokodilleklipsene. Forhåpentligvis vil bildet hjelpe visualiseringen av dette.
• Det er best for katoden og anoden å være på et lignende dybdenivå i løsningen.
• Tilsett vann i krydderglasset der elektrodene er delvis nedsenket i vann, minst en cm i vannet vil jeg si. Du vil forlate et rom i beholderen når du injiserer saltoppløsning i den.

Trinn 3: Sett opp kretsen din

• Jeg brukte en Adafruit Metro mikroprosessor, men de fleste mikroprosessorer på markedet er like så langt som de forskjellige pin -alternativene.

• Jeg konfigurerte kretsen som følger:

  • Koble en ledning til 5 V. Fest den ene siden av en krokodilleklips til den andre enden. Fest den andre siden av krokodilleklipset til en av elektrodene. Dette vil være din anode.
  • Koble en ledning til A0 og koble den andre enden til kortet ditt. Legg til en annen ledning på linje med ledningen som er koblet til A0 og brettet ditt.
  • Koble en 10 kOhm motstand til denne ledningen på brettet ditt. I den andre enden av motstanden bruker du en ledning for å koble systemet til jord.
  • Koble en annen ledning til jord på mikroprosessoren og ved siden av den andre ledningen som er koblet til jord på brødbrettet.
  • Se bilder for oppsett

Trinn 4: Kompiler/bekreft og last opp kode

Jeg brukte følgende kode som er lagret på Arduino -applikasjonen under Eksempler Grunnleggende ReadAnalogVoltage. Jeg håper dette fungerte. Dataene var ikke som jeg forventet, siden spenningen minket etter hvert som mer saltvann ble tilsatt. Jeg tenkte på formålet med koden litt mer og bestemte meg for å gjøre en korrigert spenning ved å trekke utgangen fra den opprinnelige 5 V som ble lagt til systemet. Jeg lagde deretter en kalibreringskurve ved hjelp av konsentrasjonen (beregnet- jeg vil snakke om i neste trinn) og den korrigerte spenningen, som nå viser spenningen som økende ved tilsetning av salt. Hvis noen har noen tips om hvor jeg kan ha gått galt, vennligst gi meg beskjed.

Interessant nok, hver gang jeg fjernet enten katoden eller anoden fra løsningen, leser den serielle skjermen en utgang på 5,00 V.

Trinn 5: Analysere dataene

• Konsentrasjonen av salt tilsatt for hver injeksjon blir funnet ved å multiplisere molariteten til saltløsningen din med injeksjonsvolumet (dvs. 1 ml = 0,001 L), og deretter dividere med det totale volumet (så la oss si at du starter med 250 ml = 0,250 L, det totale volumet for den første injeksjonen er 0,251 L). Du vil deretter beregne konsentrasjonen ved å dividere (0,001L*molariteten)/(totalt volum eller 0,251 L)
• Beregn konsentrasjonen av prøveoppløsningen etter hver tilsetning av saltoppløsning.
• Jeg korrigerte spenningen ved å trekke utgangsspenningen fra de første 5,00 V. Dette ga meg den positive kalibreringskurven for konsentrasjon mot spenning som jeg ventet, siden tilsetning av elektrolytt i oppløsning skulle redusere løsningens motstand og la strøm strømme mer effektivt.
• Merk: For mine grafer er det lineære området fryktelig. Jeg vil anbefale å lage en NaCl -løsning med en mye mindre konsentrasjon eller bruke mindre injeksjonsvolumer. Jeg maksimerte oppdagelsen tidlig i eksperimentet.
• Andre ioniske salter kan oppløses i vann og brukes med samme fremgangsmåte. Jeg ville ha gjort forsøk med epsom salt hvis jeg hadde noen.

Referanser:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Disse sidene hjalp meg med å forstå hvordan jeg kunne forvente at spenningen endres når strøm ble tilsatt saltoppløsning ved økende konsentrasjoner.