Mini elektrolitinis elementas: 5 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Aš dirbu prie šio projekto savo instrumentinės chemijos kursuose. Mano tikslas buvo išmatuoti įtampą, kurią aptiko katodas sūriame vandenyje. Standartiškai įpyliau maždaug 6,6 M druskos vandens su 1 ml injekcijomis, naudodami vaistinį švirkštą.

Prekės

• Garsinis cilindras, tūrinis pipetas, mikropipeteris ir kt. Aš naudoju vaistų švirkštą su 0,2 ml žymėmis.
• Mikroprocesorius, ty „Arduino“įrenginys
• laidų nuo vyrų iki vyrų ir moterų-vyrų laidų asortimentas
• du aligatoriaus spaustukai
• Bandomoji Lenta
• 10 kohm rezistorius arba panašus įtampos dalikliui
• Indas elektrolizei. Aš naudojau seną prieskonių indelį ir jis veikė gana gerai
• Du sąvaržėlės katodo ir anodo elektrodams gaminti. Aš taip pat supjaustiau šiaudelį į dalis, kad elektrodai būtų tvirtai laikomi ir kad jie nesiliestų vienas prie kito ar stiklo.
• Stalo druska (NaCl)
• Vanduo iš čiaupo

1 žingsnis: Paruoškite druskos tirpalą

Gamindamas druskos tirpalą, aš naudoju šaukštus druskos kiekiui matuoti ir puodelį su 50 ml žymėmis vandeniui matuoti. Aš naudojau joduotą druską iš prekės ženklo „Clover Valley“. Aš išmatavau 3 šaukštus druskos, įpyliau druskos į matavimo taurę ir pripildžiau matavimo puodelį iki 250 ml vandens iš čiaupo. 1 JAV valgomasis šaukštas yra maždaug 14,7868 ml, taigi 3 šaukštai yra maždaug 44,3604 ml. Natrio chlorido tankis yra 2,16 g/cm^3. Padauginęs tūrį ir tankį nustatiau NaCl masę, kuri buvo 95,82 g. NaCl molinė masė yra 58,44 g/mol, taigi NaCl molis buvo 1,64 mol. Iš 1,64 molių padalijus iš bendro 250 ml arba 0,250 l tūrio, susidarė 6,56 M NaCl tirpalas. Taip norėčiau rasti jūsų druskos mėginio koncentraciją, jei neturite jokios išgalvotos įrangos.

2 žingsnis: nustatykite elektrocheminį elementą

• Kaip jau minėjau anksčiau, aš panaudojau prieskonių indelį su pakankamai plačiomis skylutėmis viršuje, kad galėčiau sušvirkšti druskos vandens vaistiniu švirkštu. Bet kokio tipo indai turėtų veikti, tačiau geriausia turėti galimybę pakabinti elektrodus ir tirpalą ir pastatyti juos ten, kur jie neliečia vienas kito ar indo sienelių.
• Išskleidžiau ir ištiesinau du sąvaržėles, kad padarytų savo katodą ir anodą. Aš taip pat šlifavau juos švitriniu popieriumi, kad įsitikinčiau, ar nėra dangos, kuri veiktų kaip izoliatorius. Aš padariau mažus vamzdelius, perpjovęs šiaudelį aštuntomis dalimis. Aš naudoju šiaudų mėgintuvėlius prieskonių indelių skylėse, kur buvo įdėtas katodas ir anodas, kad įsitikinčiau, jog jie liko vietoje, kai pritvirtinau aligatoriaus spaustukus. Tikimės, kad nuotrauka padės tai vizualizuoti.
• Geriausia, kad katodas ir anodas būtų panašaus gylio tirpale.
• Į prieskonių indelį įpilkite vandens ten, kur elektrodai yra iš dalies panardinti į vandenį, sakyčiau, bent cm į vandenį. Jūs norite palikti šiek tiek vietos inde, kai į jį suleidžiate druskos tirpalo.

3 žingsnis: nustatykite grandinę

• Aš naudojau „Adafruit Metro“mikroprocesorių, tačiau dauguma rinkoje esančių mikroprocesorių yra panašūs tiek į skirtingas kaiščių parinktis.

• Aš sukūriau grandinę taip:

  • Prijunkite laidą prie 5 V. Prijunkite vieną aligatoriaus spaustuko pusę prie kito galo. Kitą aligatoriaus spaustuko pusę pritvirtinkite prie vieno iš savo elektrodų. Tai bus jūsų anodas.
  • Prijunkite laidą prie A0, o kitą galą - prie plokštės. Pridėkite kitą laidą prie laido, prijungto prie A0, ir savo plokštę.
  • Prijunkite 10 kOhm rezistorių prie šios plokštės laido. Kitame rezistoriaus gale naudokite laidą, kad prijungtumėte sistemą prie žemės.
  • Prijunkite kitą laidą prie įžeminimo savo mikroprocesoriuje ir šalia kito laido, prijungto prie įžeminimo lentos.
  • Žiūrėkite nuotraukas, kaip nustatyti

4 veiksmas: sudarykite/patikrinkite ir įkelkite kodą

Aš naudoju šį kodą, kuris yra išsaugotas „Arduino“programoje, „Examples Basics ReadAnalogVoltage“. Tikiuosi, kad tai pavyko. Duomenys nebuvo tokie, kokių tikėjausi, nes įtampa sumažėjo pridedant daugiau sūraus vandens. Dar pagalvojau apie kodo paskirtį ir nusprendžiau padaryti pataisytą įtampą, atimdamas išvestį iš pradinės sistemos pridėtos 5 V įtampos. Tada aš padariau kalibravimo kreivę, naudodamas koncentraciją (apskaičiuota- apie tai kalbėsiu kitame žingsnyje) ir pataisytą įtampą, kuri dabar rodo, kad įtampa didėja pridedant druskos. Jei kas nors patars, kur galėjau suklysti, praneškite man.

Įdomu tai, kad kai pašalinau katodą arba anodą iš tirpalo, serijinis monitorius rodė 5,00 V.

5 veiksmas: duomenų analizė

• Kiekvienos injekcijos metu pridėtos druskos koncentracija nustatoma padauginus druskos tirpalo moliškumą iš injekcijos tūrio (ty 1 ml = 0,001 l), tada padalijant iš bendro tūrio (tarkime, pradėkite nuo 250 ml = 0,250 L, bendras pirmosios injekcijos tūris yra 0,251 l). Tuomet koncentraciją apskaičiuotumėte padaliję (0,001 l*moliškumo)/(bendras tūris arba 0,251 l)
• Po kiekvieno druskos tirpalo pridėjimo apskaičiuokite mėginio tirpalo koncentraciją.
• Aš pataisiau įtampą, atimdamas išėjimo įtampą iš pradinės 5,00 V. Tai davė teigiamą koncentracijos ir įtampos kalibravimo kreivę, kurios tikėjausi, nes tirpalo pridėjimas elektrolito turėtų sumažinti tirpalo varžą ir leisti srovei tekėti. efektyviau.
• Pastaba: mano grafikams linijinis diapazonas yra siaubingas. Aš labai rekomenduočiau gaminti daug mažesnės koncentracijos NaCl tirpalą arba naudoti mažesnius injekcijų kiekius. Eksperimento pradžioje maksimaliai išnaudojau aptikimą.
• Kitos joninės druskos gali būti ištirpintos vandenyje ir naudojamos pagal tą pačią procedūrą. Būčiau atlikęs bandymus su epsomo druska, jei turėčiau.

Nuorodos:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Šie puslapiai padėjo man suprasti, kaip tikėtis įtampos pasikeitimo, kai į druskos tirpalą pridedama elektros energijos, kai koncentracija didėja.