Mini elektrolytický článok: 5 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Na tomto projekte pracujem pre svoj kurz inštrumentálnej chémie. Mojím cieľom bolo zmerať napätie zistené katódou v slanej vode. Vykonal som štandardné pridanie približne 6,6 M slanej vody s injekciou 1 ml pomocou liečivej striekačky.

Zásoby

• Odmerný valec, volumetrická pipeta, mikropipetovač atď. Na meranie objemu. Použil som injekčnú striekačku s liekom s označením 0,2 ml.
• Mikroprocesor, t.j. zariadenie Arduino
• sortiment drôtov muž-muž a žena-muž
• dva aligátorové klipy
• breadboard
• Rezistor 10 kohm alebo podobný na delič napätia
• Nádoba na elektrolýzu. Použil som starú koreničku a tá fungovala celkom dobre
• Dve kancelárske spinky na výrobu katódových a anódových elektród. Tiež som narezal slamku na sekcie, aby som lepšie držal svoje elektródy na mieste a zabránil ich vzájomnému dotyku alebo sklu.
• Kuchynská soľ (NaCl)
• Voda z vodovodu

Krok 1: Pripravte si soľný roztok

Pri príprave roztoku soli som použil lyžice na odmeranie množstva soli a odmerku s 50 ml značkami na meranie vody. Použil som jodizovanú soľ od značky Clover Valley. Odmeral som 3 polievkové lyžice soli, soľ som pridal do odmerky a odmerku som naplnil do 250 ml vodou z vodovodu. 1 americká polievková lyžica je približne 14,7868 ml, takže 3 polievkové lyžice sú približne 44,3604 ml. Hustota chloridu sodného je 2,16 g/cm3. Objem a hustotu som vynásobil, aby som určil hmotnosť NaCl, ktorá bola 95,82 g. Molárna hmotnosť NaCl je 58,44 g/mol, takže moly NaCl boli 1,64 mol. 1,64 mólov delených celkovým objemom 250 ml alebo 0,250 1 viedlo k 6,56 M roztoku NaCl. Takto by som postupoval pri zisťovaní koncentrácie vašej vzorky soli, ak nemáte k dispozícii žiadne fantastické vybavenie.

Krok 2: Nastavte elektrochemický článok

• Ako som už povedal, použil som nádobu na korenie s dostatočne širokými otvormi v hornej časti, aby som mohol injekčnou striekačkou vstreknúť slanú vodu. Fungovať by mal akýkoľvek typ nádoby, ale najlepšie je, ak dokážete zavesiť svoje elektródy a roztok a budete ich môcť umiestniť tak, aby sa nedotýkali navzájom ani stien nádoby.
• Rozložil som a narovnal dve spinky na papier, aby som si vyrobil katódu a anódu. Tiež som ich vyleštil brúsnym papierom, aby som sa ubezpečil, že neexistuje žiadny povlak, ktorý by pôsobil ako izolátor. Malé rúrky som vyrobil tak, že som slamku nakrájal na osminky. Slamené rúrky som použil do otvorov v koreničkách, kde boli umiestnené katóda a anóda, aby som zaistil, že zostanú na svojom mieste, keď som pripevnil svorky aligátora. Dúfajme, že obrázok pomôže jeho vizualizácii.
• Najlepšie je, aby katóda a anóda boli v roztoku na podobnej úrovni hĺbky.
• Pridajte vodu do nádoby s korením tam, kde sú elektródy čiastočne ponorené do vody, povedal by som, že vo vode je to najmenej cm. V nádobe chcete nechať určitý priestor, kým do nej vstreknete soľný roztok.

Krok 3: Nastavte si obvod

• Použil som mikroprocesor Adafruit Metro, ale väčšina mikroprocesorov na trhu je podobná, pokiaľ ide o rôzne možnosti pinov.

• Obvod som nastavil nasledovne:

  • Pripojte drôt k 5 V. Na druhý koniec pripevnite jednu stranu svorky aligátora. Pripojte druhú stranu svorky aligátora k jednej z vašich elektród. Toto bude vaša anóda.
  • Pripojte vodič k A0 a druhý koniec k vašej doske. Pripojte ďalší vodič v súlade s drôtom pripojeným k A0 a doske.
  • K tomuto vodiču na doske pripojte odpor 10 kOhm. Na druhom konci rezistora pomocou drôtu pripojte systém k zemi.
  • Pripojte ďalší vodič k uzemneniu na vašom mikroprocesore a vedľa iného vodiča k uzemneniu na doske.
  • Nastavenie nájdete na fotografiách

Krok 4: Zostavte/overte a nahrajte kód

Použil som nasledujúci kód, ktorý je uložený v aplikácii Arduino v časti Príklady základov ReadAnalogVoltage. Dúfam, že to fungovalo. Údaje neboli také, ako som očakával, pretože napätie klesalo s pridávaním ďalšej slanej vody. Ešte som sa zamyslel nad účelom kódu a rozhodol som sa urobiť opravené napätie odčítaním výstupu z pôvodných 5 V pridaných do systému. Potom som urobil kalibračnú krivku pomocou koncentrácie (vypočítanej- o ktorej budem hovoriť v nasledujúcom kroku) a korigovaného napätia, ktoré teraz ukazuje, ako sa napätie zvyšuje s prídavkom soli. Ak má niekto radu, kde by som mohol urobiť chybu, dajte mi prosím vedieť.

Je zaujímavé, že kedykoľvek som z roztoku odstránil katódu alebo anódu, sériový monitor čítal výstup 5,00 V.

Krok 5: Analýza údajov

• Koncentrácia soli pridanej pre každú injekciu sa zistí vynásobením molarity vášho soľného roztoku objemom injekcie (tj. 1 ml = 0,001 l) a potom vydelením celkovým objemom (takže povedzme, že začnete s 250 ml = 0,250 L, celkový objem pre prvú injekciu je 0,251 L). Potom by ste vypočítali koncentráciu vydelením (0,001 l*molarita)/(celkový objem alebo 0,251 l)
• Vypočítajte koncentráciu roztoku vzorky po každom pridaní roztoku soli.
• Napätie som upravil odpočítaním výstupného napätia od počiatočných 5,00 V. To mi poskytlo pozitívnu kalibračnú krivku koncentrácie vs. napätia, ktorú som očakával, pretože pridanie elektrolytu do roztoku by malo znížiť odpor roztoku a umožniť tok prúdu efektívnejšie.
• Poznámka: pre moje grafy je lineárny rozsah hrozný. Vrelo odporúčam vyrobiť roztok NaCl s oveľa menšou koncentráciou alebo použiť menšie injekčné objemy. Na začiatku experimentu som maximalizoval detekciu.
• Ostatné iónové soli môžu byť rozpustené vo vode a použité rovnakým spôsobom. Keby som nejaké mal, urobil by som pokusy s epsomskou soľou.

Referencie:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Tieto stránky mi pomohli pochopiť, ako očakávať, že sa napätie zmení, keď sa do solného roztoku pridáva elektrina vo zvyšujúcich sa koncentráciách.