Mini celulă electrolitică: 5 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Am lucrat la acest proiect pentru cursul meu de chimie instrumentală. Scopul meu a fost de a măsura tensiunea detectată de un catod în apă sărată. Am efectuat o adăugare standard de aproximativ 6,6 M apă sărată, cu injecții de 1 ml folosind o seringă medicinală.

Provizii

• Cilindru gradat, pipetă volumetrică, micropipeter etc. pentru măsurarea volumului. Am folosit o seringă medicamentoasă cu marcaje de 0,2 ml.
• Microprocesor, adică dispozitiv Arduino
• sortiment de fire de la bărbat la bărbat și de la femeie la bărbat
• două cleme de aligator
• panou de masă
• Rezistor de 10 kohm sau similar pentru divizor de tensiune
• Vas pentru electroliză. Am folosit un borcan vechi cu condimente și asta a funcționat destul de bine
• Două agrafe de hârtie pentru realizarea electrozilor de catod și anod. De asemenea, am tăiat un paie în secțiuni doar pentru a-mi ține electrozii mai bine fixați și pentru a împiedica atingerea lor unul de celălalt sau de sticlă.
• Sare de masă (NaCI)
• Apă de la robinet

Pasul 1: Pregătiți soluția de sare

Am folosit linguri pentru a măsura cantități de sare și o ceașcă de măsurare cu marcaje de 50 ml pentru a măsura apa atunci când îmi făceam soluția de sare. Am folosit sare iodată de la marca Clover Valley. Am măsurat 3 linguri de sare, am adăugat sarea într-o ceașcă de măsurare și am umplut ceașca de măsurare la 250 ml cu apă de la robinet. 1 lingură din SUA este de aproximativ 14,7868 ml, deci 3 linguri sunt de aproximativ 44,3604 ml. Densitatea clorurii de sodiu este de 2,16 g / cm ^ 3. Am înmulțit volumul și densitatea pentru a determina masa NaCl, care a fost de 95,82 g. Masa molară a NaCl este de 58,44 g / mol, deci moli de NaCl au fost 1,64 mol. 1,64 moli împărțiți la volumul total de 250 ml sau 0,250 L au condus la o soluție de NaCl 6,56 M. Aș vrea să găsesc concentrația probei de sare dacă nu aveți la dispoziție echipamente fanteziste.

Pasul 2: Configurați celula electrochimică

• Așa cum am spus anterior, am folosit un borcan cu condimente cu găuri suficient de largi în partea de sus pentru a-mi injecta apă sărată cu o seringă medicinală. Orice tip de vas ar trebui să funcționeze, dar cel mai bine este să vă puteți suspenda electrozii și soluția și să le puteți poziționa acolo unde nu se ating sau de pereții containerului.
• Am desfăcut și am îndreptat două agrafe pentru a-mi face catodul și anodul. De asemenea, le-am lustruit cu șmirghel pentru a mă asigura că nu există nicio acoperire care să acționeze ca un izolator. Am făcut tuburi mici tăind un paie în optimi. Am folosit tuburile de paie în orificiile borcanului cu condimente unde au fost amplasați catodul și anodul pentru a mă asigura că rămân la locul lor când am atașat clemele de aligator. Sperăm că imaginea va ajuta la vizualizarea acestui lucru.
• Cel mai bine este ca catodul și anodul să fie la un nivel de adâncime similar în soluție.
• Adăugați apă în borcanul cu condimente în care electrozii sunt parțial scufundați în apă, cel puțin un cm în apă aș spune. Doriți să lăsați spațiu în vas atunci când injectați soluție de sare în el.

Pasul 3: Configurați circuitul

• Am folosit un microprocesor Adafruit Metro, dar majoritatea microprocesoarelor de pe piață sunt similare în ceea ce privește diferitele opțiuni de pin.

• Am configurat circuitul după cum urmează:

  • Conectați un fir la 5 V. Atașați o parte a clemei de aligator la celălalt capăt. Atașați cealaltă parte a clemei de aligator la unul dintre electrozii dvs. Acesta va fi anodul tău.
  • Conectați un fir la A0 și conectați celălalt capăt la placa dvs. Adăugați un alt fir în linie cu firul conectat la A0 și placa dvs.
  • Conectați un rezistor de 10 kOhm la acest fir de pe placa dvs. La celălalt capăt al rezistorului, utilizați un fir pentru a conecta sistemul la masă.
  • Conectați un alt fir la masă pe microprocesorul dvs. și lângă celălalt fir conectat la masă pe placa dvs. de calcul.
  • Vedeți fotografii pentru configurare

Pasul 4: Compilați / verificați și încărcați codul

Am folosit următorul cod care este salvat pe aplicația Arduino sub Exemple de bază ReadAnalogVoltage. Sper că acest lucru a funcționat. Datele nu au fost așa cum mă așteptam, deoarece tensiunea a scăzut pe măsură ce s-a adăugat mai multă apă sărată. M-am gândit la scopul codului mai mult și am decis să fac o tensiune corectată scăzând ieșirea din originalul de 5 V adăugat la sistem. Apoi am făcut o curbă de calibrare folosind concentrația (calculată - despre care voi vorbi în pasul următor) și tensiunea corectată, care arată acum tensiunea ca fiind în creștere odată cu adăugarea de sare. Dacă cineva are niște sfaturi despre locul în care aș fi greșit, vă rog să-mi spuneți.

Interesant, ori de câte ori am scos fie catodul, fie anodul din soluție, monitorul serial a citit o ieșire de 5,00 V.

Pasul 5: Analiza datelor

• Concentrația de sare adăugată pentru fiecare injecție se găsește înmulțind molaritatea soluției de sare cu volumul injecției (adică 1 mL = 0,001 L) și apoi împărțind la volumul total (deci să presupunem că începeți cu 250 mL = 0,250 L, volumul total pentru prima injecție este de 0,251 L). Apoi ați calcula concentrația împărțind (0,001L * molaritatea) / (volumul total sau 0,251 L)
• Calculați concentrația soluției de probă după fiecare adăugare de soluție de sare.
• Am corectat tensiunea scăzând tensiunea de ieșire din inițialul 5,00 V. Acest lucru mi-a dat curba de calibrare pozitivă a concentrației față de tensiune pe care o așteptam, deoarece adăugarea de electrolit în soluție ar trebui să scadă rezistența soluției și să permită curgerea curentului mai eficient.
• Notă: pentru graficele mele intervalul liniar este oribil. Aș recomanda cu nerăbdare să faceți o soluție de NaCI cu o concentrație mult mai mică sau să utilizați volume de injecție mai mici. Am depășit detecția la începutul experimentului.
• Alte săruri ionice ar putea fi dizolvate în apă și utilizate cu același procedeu. Aș fi făcut încercări cu sare epsom dacă aș fi avut.

Referințe:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Aceste pagini m-au ajutat să înțeleg cum să mă aștept să se schimbe tensiunea atunci când electricitatea a fost adăugată la soluția de sare la concentrații crescânde.