Mini elektrolitička ćelija: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Radila sam na ovom projektu za svoj tečaj instrumentalne kemije. Cilj mi je bio izmjeriti napon koji detektira katoda u slanoj vodi. Izveo sam standardni dodatak otprilike 6,6 M slane vode, s injekcijama od 1 ml pomoću medicinske štrcaljke.

Pribor

• Stupanj cilindra, volumetrijska pipeta, mikropipetra itd. Za mjerenje volumena. Koristio sam medicinsku štrcaljku s oznakama 0,2 ml.
• Mikroprocesor, odnosno Arduino uređaj
• asortiman žica muško-muško i žensko-muško
• dvije kopče od aligatora
• matična ploča
• 10 kohm otpornik ili slično za djelitelj napona
• Posuda za elektrolizu. Koristio sam staru staklenku sa začinima i to je prilično dobro funkcioniralo
• Dvije spajalice za izradu katodne i anodne elektrode. Također sam izrezao slamku na dijelove samo kako bih svoje elektrode sigurnije držao na mjestu i spriječio da se međusobno dodiruju ili staklo.
• Kuhinjska sol (NaCl)
• Voda iz pipe

Korak 1: Pripremite otopinu soli

Koristio sam žlice za mjerenje količine soli i mjernu čašu s oznakama od 50 mL za mjerenje vode prilikom pripreme otopine soli. Koristio sam jodiranu sol marke Clover Valley. Izmjerila sam 3 žlice soli, dodala sol u mjernu posudu i napunila mjernu posudu vodom do slavine do 250 ml. 1 američka žlica je približno 14,7868 mL, pa je 3 žlice približno 44,3604 mL. Gustoća natrijevog klorida je 2,16 g/cm^3. Pomnožio sam volumen i gustoću kako bih odredio masu NaCl, koja je iznosila 95,82 g. Molarna masa NaCl je 58,44 g/mol, pa su moli NaCl bili 1,64 mol. 1,64 mola podijeljeno s ukupnim volumenom 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 sa začinima s dovoljno širokim rupama na vrhu da ubrizgam slanu vodu ljekovitom špricom. 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 međusobno ili na stijenke spremnika.
• Rasklopio sam i poravnao dvije spajalice kako bih napravio katodu i anodu. Također sam ih polirala brusnim papirom kako bih se uvjerila da nema premaza koji bi djelovao kao izolator. Napravio sam male cijevi tako što sam slamku prerezao na osmine. Upotrijebio 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 posudu sa začinima tamo gdje su elektrode djelomično potopljene u vodu, barem cm u vodi, rekao bih. Želite ostaviti malo mjesta u posudi kada u nju ubrizgate otopinu soli.

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 ploči. Na drugom kraju otpornika spojite sustav na masu pomoću žice.
  • Spojite drugu žicu na masu vašeg mikroprocesora i pored druge žice spojene na masu na vašoj ploči.
  • Za postavljanje pogledajte fotografije

Korak 4: Sastavite/provjerite i prenesite kôd

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

Zanimljivo je da kad god sam uklonio katodu ili anodu iz otopine, 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 ukupnim volumenom (pa recimo da počnete s 250 ml = 0,250 L, ukupni volumen za prvu injekciju je 0,251 L). Tada biste izračunali koncentraciju dijeljenjem (0,001 L*molarnost)/(ukupni volumen 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 koju sam očekivao, budući da bi dodavanje elektrolita u otopini trebalo smanjiti otpor otopine i omogućiti protok struje učinkovitije.
• Napomena: za moje grafikone linearni raspon je užasan. Toplo bih preporučio izradu otopine NaCl s mnogo manjom koncentracijom ili korištenje manjih volumena ubrizgavanja. Maksimalno sam iskoristio otkrivanje na početku eksperimenta.
• Druge ionske soli mogu se otopiti u vodi i koristiti istim postupkom. Ja bih napravio pokuse s epsom soli da ih imam.

Reference:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

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