Mini elektrolytisk celle: 5 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Jeg har arbejdet på dette projekt til mit Instrumental Chemistry kursus. Mit mål var at måle spænding opdaget af en katode i saltvand. Jeg udførte en standardtilsætning af cirka 6,6 M saltvand med injektioner af 1 ml ved hjælp af en medicinsk sprøjte.

Forbrugsvarer

• Gradueret cylinder, volumetrisk pipette, mikropipetter osv. Til måling af volumen. Jeg brugte en medicinsprøjte med 0,2 ml markeringer.
• Mikroprocessor, dvs. Arduino -enhed
• sortiment af mand-til-han- og hun-til-han-ledninger
• to krokodilleklip
• brødbræt
• 10 kohm modstand eller lignende til spændingsdeler
• Fartøj til elektrolyse. Jeg brugte en gammel krydderikrukke, og det fungerede ret godt
• To papirclips til fremstilling af katode- og anodeelektroder. Jeg skar også et sugerør i sektioner bare for at holde mine elektroder mere sikkert på plads og forhindre dem i at røre hinanden eller glasset.
• Bordsalt (NaCl)
• Postevand

Trin 1: Forbered din saltopløsning

Jeg brugte spiseskefulde til at måle mængder salt og en målebæger med 50 ml markeringer til at måle vand, når jeg lavede min saltopløsning. Jeg brugte iodiseret salt fra mærket Clover Valley. Jeg målte 3 spiseskefulde salt, tilføjede saltet til et målebæger og fyldte målekoppen til 250 ml med postevand. 1 amerikansk spiseskefuld er cirka 14,7868 ml, så 3 spsk er cirka 44,3604 ml. Natriumchlorids massefylde er 2,16 g/cm^3. Jeg multiplicerede volumen og densitet for at bestemme massen af NaCl, som var 95,82 g. Molmassen af NaCl er 58,44 g/mol, så mol NaCl var 1,64 mol. 1,64 mol divideret med det samlede volumen på 250 ml eller 0,250 L resulterede i en 6,56 M NaCl -opløsning. Sådan ville jeg finde frem til koncentrationen af din saltprøve, hvis du ikke har noget fancy udstyr til din rådighed.

Trin 2: Konfigurer den elektrokemiske celle

• Som jeg sagde tidligere, brugte jeg en krydderikrukke med store nok huller øverst til, at jeg kunne injicere saltvand med en medicinsk sprøjte. Enhver type fartøj bør fungere, men det er bedst at kunne suspendere dine elektroder og løsning og kunne placere dem, hvor de ikke rører hinanden eller beholderens vægge.
• Jeg foldede ud og rettede to papirclips ud for at lave min katode og anode. Jeg polerede dem også med sandpapir for at sikre, at der ikke var nogen belægning, der ville fungere som en isolator. Jeg lavede små rør ved at skære et sugerør i ottendedele. Jeg brugte halmrørene i krydderiburkens huller, hvor katoden og anoden var placeret for at sikre, at de blev på plads, når jeg fastgjorde krokodilleklemmerne. Forhåbentlig vil billedet hjælpe visualiseringen af dette.
• Det er bedst for katoden og anoden at være på et lignende dybdeniveau i opløsningen.
• Tilsæt vand til krydderiglasset, hvor elektroderne delvis er nedsænket i vand, mindst en cm i vandet vil jeg sige. Du vil forlade noget rum i beholderen, når du injicerer saltopløsning i den.

Trin 3: Konfigurer dit kredsløb

• Jeg brugte en Adafruit Metro mikroprocessor, men de fleste mikroprocessorer på markedet er ens, hvad angår de forskellige pin -muligheder.

• Jeg konfigurerede kredsløbet som følger:

  • Tilslut en ledning til 5 V. Sæt den ene side af en krokodilleklip fast i den anden ende. Fastgør den anden side af krokodilleklemmen til en af dine elektroder. Dette vil være din anode.
  • Tilslut en ledning til A0, og slut den anden ende til dit kort. Tilføj en anden ledning på linje med ledningen forbundet til A0 og dit kort.
  • Tilslut en 10 kOhm modstand til denne ledning på dit bord. I den anden ende af modstanden skal du bruge en ledning til at forbinde systemet med jord.
  • Tilslut en anden ledning til jord på din mikroprocessor og ved siden af din anden ledning, der er sluttet til jord på dit brødbræt.
  • Se fotos for opsætning

Trin 4: Kompiler/verificer og Upload kode

Jeg brugte følgende kode, der er gemt på Arduino -applikationen under Eksempel Basics ReadAnalogVoltage. Jeg håber, at dette virkede. Dataene var ikke som jeg havde forventet, da spændingen faldt, da mere saltvand blev tilsat. Jeg tænkte mere over formålet med koden og besluttede at foretage en korrigeret spænding ved at trække output fra den originale 5 V tilføjet til systemet. Jeg lavede derefter en kalibreringskurve ved hjælp af koncentrationen (beregnet- jeg vil tale om i næste trin) og den korrigerede spænding, som nu viser spændingen som stigende ved tilsætning af salt. Hvis nogen har et råd om, hvor jeg måske er gået galt, så lad mig det vide.

Interessant, hver gang jeg fjernede enten katoden eller anoden fra løsningen, læste den serielle skærm et output på 5,00 V.

Trin 5: Analyse af data

• Koncentrationen af salt tilsat for hver injektion findes ved at multiplicere molariteten af din saltopløsning med injektionsvolumen (dvs. 1 ml = 0,001 L) og derefter dividere med det samlede volumen (så lad os sige, at du starter med 250 ml = 0,250 L, det samlede volumen for den første injektion er 0,251 L). Du vil derefter beregne koncentrationen ved at dividere (0,001L*molariteten)/(total volumen eller 0,251 L)
• Beregn koncentrationen af prøveopløsningen efter hver tilsætning af saltopløsning.
• Jeg korrigerede spændingen ved at trække udgangsspændingen fra de første 5,00 V. Dette gav mig den positive kalibreringskurve for koncentration vs. mere effektivt.
• Bemærk: for mine grafer er det lineære område forfærdeligt. Jeg vil meget anbefale at lave en NaCl -opløsning med en meget mindre koncentration eller bruge mindre injektionsvolumener. Jeg maksimerede opdagelsen tidligt i forsøget.
• Andre ioniske salte kunne opløses i vand og anvendes med den samme procedure. Jeg ville have lavet forsøg med epsom salt, hvis jeg havde nogen.

Referencer:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Disse sider hjalp mig med at forstå, hvordan jeg kunne forvente, at spændingen ændrer sig, når der tilsættes elektricitet til saltopløsningen ved stigende koncentrationer.