Mini elektrolitička ćelija: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Radila sam na ovom projektu za kurs instrumentalne hemije. Moj cilj je bio izmjeriti napon detektovan katodom u slanoj vodi. Izveo sam standardni dodatak otprilike 6,6 M slane vode, s injekcijama od 1 ml pomoću medicinskog šprica.

Supplies

• Graduirani cilindar, volumetrijska pipeta, mikropipetra itd. Za mjerenje volumena. Koristio sam medicinski špric s oznakama od 0,2 ml.
• Mikroprocesor, odnosno Arduino uređaj
• asortiman žica muško-muško i žensko-muško
• dva klipa od aligatora
• matična ploča
• 10 kohm otpornik ili slično za djelitelj napona
• Posuda za elektrolizu. Koristio sam staru teglu začina i to je prilično dobro funkcioniralo
• Dvije spajalice za izradu katodne i anodne elektrode. Rezao sam i slamku na dijelove samo da bih svoje elektrode sigurnije držao na mjestu i spriječio da se dodiruju jedna sa drugom ili staklom.
• Kuhinjska so (NaCl)
• Voda iz česme

Korak 1: Pripremite rastvor soli

Koristio sam kašike za mjerenje količine soli i mjernu posudu sa oznakama od 50 mL za mjerenje vode prilikom pripreme otopine soli. Koristio sam jodiranu sol marke Clover Valley. Izmerio sam 3 kašike soli, dodao so u mernu šolju i napunio mernu posudu vodom iz slavine na 250 ml. 1 američka žlica je približno 14,7868 mL, pa je 3 žlice približno 44,3604 mL. Gustoća natrijum hlorida je 2,16 g/cm^3. Pomnožio sam volumen i gustoću da odredim masu NaCl koja je iznosila 95,82 g. Molarna masa NaCl je 58,44 g/mol, pa su molovi NaCl bili 1,64 mol. 1,64 mola podijeljeno ukupnom zapreminom od 250 ml ili 0,250 L rezultiralo je 6,56 M otopinom NaCl. Ovako bih krenuo u pronalaženje koncentracije vašeg uzorka soli ako nemate na raspolaganju nikakvu modernu opremu.

Korak 2: Postavite elektrokemijsku ćeliju

• Kao što sam već rekao, upotrijebio sam staklenku začina sa dovoljno širokim rupama na vrhu da ubrizgam slanu vodu ljekovitim špricem. Bilo koja vrsta posude bi trebala funkcionirati, ali najbolje je biti u mogućnosti suspendirati vaše elektrode i otopinu te ih postaviti tako da se ne dodiruju jedna sa drugom ili zidovima posude.
• Rasklopio sam i ispravio dvije spajalice kako bih napravio katodu i anodu. I polirao sam ih brusnim papirom kako bih se uvjerio da nema premaza koji bi djelovao kao izolator. Napravio sam male cijevi presjekavši slamku na osmine. Koristio sam cijevi od slame u rupama za začine gdje su bile postavljene katoda i anoda kako bih osigurao da ostanu na mjestu kada pričvrstim kopče od aligatora. Nadajmo se da će slika pomoći u vizualizaciji ovoga.
• Najbolje je da katoda i anoda budu na istoj dubini u otopini.
• Dodajte vodu u staklenku sa začinima tamo gdje su elektrode djelomično potopljene u vodu, barem cm u vodi, rekao bih. Želite ostaviti malo mjesta u posudi za vrijeme ubrizgavanja otopine soli u nju.

Korak 3: Postavite svoj krug

• Koristio sam mikroprocesor Adafruit Metro, ali većina mikroprocesora na tržištu slična je što se tiče različitih opcija pinova.

• Krug sam postavio na sljedeći način:

  • Spojite žicu na 5 V. Pričvrstite jednu stranu aligatorske kopče na drugi kraj. Pričvrstite drugu stranu aligatorske kopče na jednu od svojih elektroda. Ovo će biti vaša anoda.
  • Spojite žicu na A0, a drugi kraj na ploču. Dodajte još jednu žicu u skladu sa žicom spojenom na A0 i vašom pločom.
  • Priključite otpornik od 10 kOhm na ovu žicu na vašoj ploči. Na drugom kraju otpornika povežite sistem sa masom pomoću žice.
  • Priključite drugu žicu na masu vašeg mikroprocesora i pored druge žice spojene na masu na vašoj matičnoj ploči.
  • Za postavljanje pogledajte fotografije

Korak 4: Sastavite/provjerite i otpremite kôd

Koristio sam sljedeći kod koji je spremljen u Arduino aplikaciji pod Primjeri Osnove ReadAnalogVoltage. Nadam se da je ovo upalilo. Podaci nisu bili onakvi kakvim sam očekivao, jer se napon smanjivao kako je dodavano više slane vode. Još sam razmišljao o svrsi koda i odlučio napraviti korigirani napon oduzimajući izlaz od izvornih 5 V dodanih sistemu. Zatim sam napravio kalibracijsku krivulju koristeći koncentraciju (izračunato- o tome ću govoriti u sljedećem koraku) i korigirani napon, koji sada pokazuje da se napon povećava s dodavanjem soli. Ako ima neko savjet o tome gdje sam možda pogriješio neka mi se javi.

Zanimljivo je da kad god sam uklonio katodu ili anodu iz rješenja, serijski monitor očitavao je izlaz od 5,00 V.

Korak 5: Analiza podataka

• Koncentracija soli dodana za svaku injekciju utvrđuje se množenjem molarnosti vaše otopine soli s volumenom injekcije (tj. 1 mL = 0,001 L), a zatim se dijeli s ukupnom zapreminom (pa recimo da počnete s 250 mL = 0,250 L, ukupna zapremina za prvu injekciju je 0,251 L). Tada biste izračunali koncentraciju dijeljenjem (0,001 l*molarnost)/(ukupna zapremina ili 0,251 l)
• Izračunajte koncentraciju otopine uzorka nakon svakog dodavanja otopine soli.
• Ispravio sam napon oduzimanjem izlaznog napona od početnih 5,00 V. To mi je dalo pozitivnu kalibracijsku krivulju koncentracije u odnosu na napon koji sam očekivao, budući da bi dodavanje elektrolita u otopini trebalo smanjiti otpor otopine i omogućiti protok struje efikasnije.
• Napomena: za moje grafikone linearni raspon je užasan. Toplo bih preporučio izradu otopine NaCl sa mnogo manjom koncentracijom ili korištenje manjih količina injekcija. Maksimalno sam iskoristio otkrivanje na početku eksperimenta.
• Druge ionske soli mogu se otopiti u vodi i koristiti istim postupkom. Ja bih napravio proba sa epsom soli da imam.

Reference:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Ove stranice su mi pomogle da shvatim kako očekivati promjenu napona pri dodavanju električne energije u otopinu soli pri povećanju koncentracija.