Mini elektrolytický článek: 5 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Na tomto projektu pracuji pro svůj kurz Instrumentální chemie. Mým cílem bylo změřit napětí detekované katodou ve slané vodě. Provedl jsem standardní přidání přibližně 6,6 M slané vody s injekcí 1 ml pomocí léčivé stříkačky.

Zásoby

• Odměrný válec, volumetrická pipeta, mikropipetovač atd. Pro měření objemu. Použil jsem injekční stříkačku s označením 0,2 ml.
• Mikroprocesor, tj. Zařízení Arduino
• sortiment vodičů muž-muž a žena-muž
• dva krokodýlí klipy
• prkénko
• Rezistor 10 kohm nebo podobný pro dělič napětí
• Nádoba pro elektrolýzu. Použil jsem starou nádobu na koření a fungovalo to docela dobře
• Dvě kancelářské sponky na výrobu katodových a anodových elektrod. Také jsem nakrájel slámu na části, abych držel elektrody bezpečněji na svém místě a zabránil jejich vzájemnému dotyku nebo sklu.
• Stolní sůl (NaCl)
• Voda z vodovodu

Krok 1: Připravte si solný roztok

Při výrobě solného roztoku jsem použil polévkové lžíce k odměření množství soli a odměrku s 50 ml značením pro měření vody. Použil jsem jodizovanou sůl od značky Clover Valley. Odměřil jsem 3 lžíce soli, přidal sůl do odměrky a odměrku naplnil do 250 ml vodou z vodovodu. 1 americká polévková lžíce je přibližně 14,7868 ml, takže 3 polévkové lžíce jsou přibližně 44,3604 ml. Hustota chloridu sodného je 2,16 g/cm^3. Znásobil jsem objem a hustotu, abych určil hmotnost NaCl, která byla 95,82 g. Molární hmotnost NaCl je 58,44 g/mol, takže moly NaCl byly 1,64 mol. 1,64 molů děleno celkovým objemem 250 ml nebo 0,250 1 vedlo k 6,56 M roztoku NaCl. Takhle bych postupoval při hledání koncentrace vašeho vzorku soli, pokud nemáte k dispozici žádné fantastické vybavení.

Krok 2: Nastavení elektrochemického článku

• Jak jsem již řekl, použil jsem nádobu na koření s dostatečně širokými otvory nahoře, abych mohl vstříknout slanou vodu léčivou stříkačkou. Fungovat by měl jakýkoli typ nádoby, ale nejlepší je umět zavěsit elektrody a roztok a umět je umístit tam, kde se nedotýkají navzájem ani stěn nádoby.
• Rozvinul jsem a narovnal dvě kancelářské sponky, abych vytvořil svoji katodu a anodu. Také jsem je vyleštil brusným papírem, abych se ujistil, že neexistuje povlak, který by fungoval jako izolant. Malé trubičky jsem vyrobil rozřezáním slámy na osminky. Použil jsem slámové trubičky do otvorů v nádobě s kořením, kde byla umístěna katoda a anoda, aby se zajistilo, že zůstanou na svém místě, když jsem připevnil aligátorové spony. Naštěstí obrázek pomůže jeho vizualizaci.
• Nejlepší je, aby katoda a anoda byly v roztoku na podobné hloubce.
• Přidejte vodu do nádoby s kořením tam, kde jsou elektrody částečně ponořeny ve vodě, řekl bych, že ve vodě je alespoň cm. Chcete -li v nádobě ponechat určitý prostor, když do ní vstříknete solný roztok.

Krok 3: Nastavte si obvody

• Použil jsem mikroprocesor Adafruit Metro, ale většina mikroprocesorů na trhu je podobná, pokud jde o různé možnosti pinů.

• Obvod jsem nastavil následovně:

  • Připojte vodič k 5 V. Na druhý konec připevněte jednu stranu aligátorové spony. Připojte druhou stranu aligátorové spony k jedné z vašich elektrod. To bude vaše anoda.
  • Připojte vodič k A0 a druhý konec připojte k vaší desce. Přidejte další vodič v souladu s vodičem připojeným k A0 a vaší desce.
  • K tomuto vodiči na desce připojte odpor 10 kOhm. Na druhém konci rezistoru připojte systém k zemi pomocí vodiče.
  • Připojte další vodič k uzemnění na svém mikroprocesoru a vedle svého dalšího vodiče připojte k zemi na desce.
  • Nastavení viz fotografie

Krok 4: Zkompilujte/ověřte a nahrajte kód

Použil jsem následující kód, který je uložen v aplikaci Arduino v části Příklady Základy ReadAnalogVoltage. Doufám, že to fungovalo. Data nebyla taková, jak jsem očekával, protože napětí se s přidáním další slané vody snižovalo. Ještě jsem se zamyslel nad účelem kódu a rozhodl jsem se provést opravené napětí odečtením výstupu z původních 5 V přidaných do systému. Potom jsem vytvořil kalibrační křivku pomocí koncentrace (vypočtené- o tom budu mluvit v dalším kroku) a korigovaného napětí, které nyní ukazuje, jak se napětí zvyšuje s přídavkem soli. Pokud má někdo nějakou radu, kde jsem mohl udělat chybu, dejte mi prosím vědět.

Je zajímavé, že kdykoli jsem z řešení odstranil katodu nebo anodu, sériový monitor přečetl výstup 5,00 V.

Krok 5: Analýza dat

• Koncentrace soli přidané pro každou injekci se zjistí vynásobením molarity vašeho solného roztoku objemem injekce (tj. 1 ml = 0,001 l) a poté vydělením celkovým objemem (řekněme tedy začněte s 250 ml = 0,250 L, celkový objem pro první injekci je 0,251 L). Poté byste vypočítali koncentraci vydělením (0,001 l*molarita)/(celkový objem nebo 0,251 l)
• Vypočítejte koncentraci roztoku vzorku po každém přidání roztoku soli.
• Napravil jsem napětí odečtením výstupního napětí od počátečních 5,00 V. To mi dalo pozitivní kalibrační křivku koncentrace vs. napětí, kterou jsem očekával, protože přidání elektrolytu do roztoku by mělo snížit odpor roztoku a umožnit tok proudu efektivněji.
• Poznámka: pro mé grafy je lineární rozsah hrozný. Vřele doporučuji vyrobit roztok NaCl s mnohem menší koncentrací nebo použít menší injekční objemy. Na začátku experimentu jsem maximalizoval detekci.
• Jiné iontové soli mohou být rozpuštěny ve vodě a použity stejným postupem. Kdybych nějaké měl, udělal bych zkoušky s epsomskou solí.

Reference:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Tyto stránky mi pomohly pochopit, jak očekávat, že se napětí změní, když se do solného roztoku přidá elektřina při zvyšujících se koncentracích.