Mini elektrolītiskā šūna: 5 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Es strādāju pie šī projekta savā Instrumentālās ķīmijas kursā. Mans mērķis bija izmērīt spriegumu, ko sālsūdenī noteica katods. Es, izmantojot medicīnisko šļirci, standarta veidā pievienoju apmēram 6,6 M sālsūdeni ar 1 ml injekcijām.

Piegādes

• Graduēts cilindrs, tilpuma pipete, mikropipeteris u.c. tilpuma mērīšanai. Es izmantoju zāļu šļirci ar 0, 2 ml atzīmēm.
• Mikroprocesors, t.i., Arduino ierīce
• vadu-vīriešu un sieviešu-vīriešu vadu sortiments
• divi aligatora klipi
• maizes dēlis
• 10 kohm rezistors vai līdzīgs sprieguma dalītājam
• Kuģis elektrolīzei. Es izmantoju veco garšvielu burku, un tas darbojās diezgan labi
• Divas saspraudes katoda un anoda elektrodu izgatavošanai. Es arī sagriezu salmiņu daļās, lai tikai drošāk turētu savus elektrodus un neļautu tiem pieskarties viens otram vai stiklam.
• Galda sāls (NaCl)
• Krāna ūdens

1. darbība. Sagatavojiet sāls šķīdumu

Gatavojot sāls šķīdumu, es izmantoju ēdamkarotes sāls daudzuma mērīšanai un mērglāzi ar 50 ml atzīmēm ūdens mērīšanai. Es izmantoju jodētu sāli no zīmola Clover Valley. Es izmērīju 3 ēdamkarotes sāls, pievienoju sāli mērglāzē un piepildīju mērglāzi līdz 250 ml ar krāna ūdeni. 1 ASV ēdamkarote ir aptuveni 14,7868 ml, tātad 3 ēdamkarotes ir aptuveni 44,3604 ml. Nātrija hlorīda blīvums ir 2,16 g/cm^3. Es reizināju tilpumu un blīvumu, lai noteiktu NaCl masu, kas bija 95,82 g. NaCl molārā masa ir 58,44 g/mol, tātad NaCl moli bija 1,64 mol. 1,64 molus dalot ar kopējo tilpumu 250 ml vai 0,250 l, tika iegūts 6,56 M NaCl šķīdums. Šādi es meklētu jūsu sāls parauga koncentrāciju, ja jūsu rīcībā nav neviena izsmalcināta aprīkojuma.

2. darbība: uzstādiet elektroķīmisko elementu

• Kā jau teicu iepriekš, es izmantoju garšvielu burku ar pietiekami platiem caurumiem augšpusē, lai es ar zāļu šļirci injicētu sālsūdeni. Jebkura veida traukiem vajadzētu darboties, taču vislabāk ir spēt apturēt elektrodus un šķīdumu un novietot tos vietās, kur tie nepieskaras viens otram vai trauka sienām.
• Es atlocīju un iztaisnoju divus saspraudes, lai izveidotu savu katodu un anodu. Es tos arī pulēju ar smilšpapīru, lai pārliecinātos, ka nav pārklājuma, kas darbotos kā izolators. Izgatavoju mazas tūbiņas, astotdaļās nogriežot salmiņu. Es izmantoju salmu caurules garšvielu burku atverēs, kur tika ievietots katods un anods, lai nodrošinātu, ka tie palika vietā, kad es piestiprināju aligatora skavas. Cerams, ka attēls palīdzēs to vizualizēt.
• Vislabāk, ja katodam un anodam šķīdumā ir līdzīgs dziļuma līmenis.
• Pievienojiet ūdeni garšvielu burkai vietā, kur elektrodi ir daļēji iegremdēti ūdenī, vismaz cm ūdenī, es teiktu. Jūs vēlaties atstāt vietu traukā, kad tajā injicējat sāls šķīdumu.

3. darbība: iestatiet ķēdi

• Es izmantoju Adafruit Metro mikroprocesoru, taču lielākā daļa tirgū esošo mikroprocesoru ir līdzīgi attiecībā uz dažādām tapas iespējām.

• Es izveidoju ķēdi šādi:

  • Pievienojiet vadu pie 5 V. Pievienojiet aligatora skavas vienu pusi otram galam. Pievienojiet aligatora skavas otru pusi pie viena no elektrodiem. Tas būs jūsu anods.
  • Pievienojiet vadu A0 un pievienojiet otru galu pie tāfeles. Pievienojiet vēl vienu vadu atbilstoši vadam, kas savienots ar A0, un jūsu plāksnei.
  • Pievienojiet 10 kOhm rezistoru šim vadam uz tāfeles. Rezistora otrā galā izmantojiet vadu, lai savienotu sistēmu ar zemi.
  • Pievienojiet citu vadu zemē savam mikroprocesoram un blakus citam vadam, kas pievienots zemei uz jūsu maizes dēļa.
  • Iestatīšanu skatiet fotoattēlos

4. darbība: apkopojiet/pārbaudiet un augšupielādējiet kodu

Es izmantoju šādu kodu, kas ir saglabāts lietojumprogrammā Arduino sadaļā Piemēri Pamati ReadAnalogVoltage. Es ceru, ka tas strādāja. Dati nebija tādi, kā es gaidīju, jo, pievienojot vairāk sālsūdens, spriegums samazinājās. Es vēl mazliet pārdomāju koda mērķi un nolēmu izdarīt koriģētu spriegumu, atņemot izeju no sistēmai pievienotā sākotnējā 5 V. Pēc tam es izveidoju kalibrēšanas līkni, izmantojot koncentrāciju (aprēķināta- es runāšu nākamajā solī) un koriģēto spriegumu, kas tagad parāda, ka spriegums palielinās, pievienojot sāli. Ja kādam ir padoms, kur es varētu kļūdīties, lūdzu, dariet man zināmu.

Interesanti, ka ikreiz, kad no šķīduma noņemu katodu vai anodu, sērijas monitors nolasīja 5,00 V.

5. darbība: datu analīze

• Katrai injekcijai pievienotā sāls koncentrāciju nosaka, reizinot sāls šķīduma molaritāti ar injekcijas tilpumu (ti, 1 ml = 0,001 L) un pēc tam dalot ar kopējo tilpumu (pieņemsim, ka vispirms sāksiet ar 250 ml = 0,250 L, kopējais pirmās injekcijas tilpums ir 0,251 L). Pēc tam jūs aprēķinātu koncentrāciju, dalot (0,001 L*molaritāte)/(kopējais tilpums vai 0,251 L)
• Aprēķiniet parauga šķīduma koncentrāciju pēc katras sāls šķīduma pievienošanas.
• Es laboju spriegumu, atņemot izejas spriegumu no sākotnējā 5,00 V. Tas deva man pozitīvo koncentrācijas un sprieguma kalibrēšanas līkni, kādu es gaidīju, jo elektrolīta pievienošana šķīdumā samazina šķīduma pretestību un ļauj plūst strāvai efektīvāk.
• Piezīme: maniem grafikiem lineārais diapazons ir briesmīgs. Es ļoti ieteiktu pagatavot NaCl šķīdumu ar daudz mazāku koncentrāciju vai izmantot mazāku injekcijas tilpumu. Es maksimāli izmantoju atklāšanu eksperimenta sākumā.
• Citus jonu sāļus var izšķīdināt ūdenī un izmantot ar šo pašu procedūru. Es būtu veicis izmēģinājumus ar epsom sāli, ja tāds būtu.

Atsauces:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Šīs lapas man palīdzēja saprast, kā gaidīt, ka spriegums mainīsies, kad sāls šķīdumam tiks pievienota elektrība pieaugošā koncentrācijā.