Mini cèl·lula electrolítica: 5 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

He estat treballant en aquest projecte per al meu curs de Química Instrumental. El meu objectiu era mesurar la tensió detectada per un càtode en aigua salada. Vaig realitzar una addició estàndard d'aproximadament 6,6 M d'aigua salada, amb injeccions d'1 ml mitjançant una xeringa medicinal.

Subministraments

• Cilindre graduat, pipeta volumètrica, micropipetre, etc. per mesurar el volum. He utilitzat una xeringa medicinal amb marques de 0,2 ml.
• Microprocessador, és a dir, dispositiu Arduino
• assortiment de cables de home a home i femella a home
• dos clips de caimà
• taulell de pa
• Resistència de 10 kohm o similar per al divisor de tensió
• Vaixell per a l'electròlisi. Vaig fer servir un pot d’espècies antic i funcionava força bé
• Dos clips de paper per fabricar elèctrodes de càtode i ànode. També vaig tallar una palla en seccions només per mantenir els elèctrodes més segurs al seu lloc i evitar que es toquessin entre si o el vidre.
• Sal de taula (NaCl)
• Aigua de l'aixeta

Pas 1: prepareu la solució de sal

Vaig fer servir cullerades per mesurar quantitats de sal i un got mesurador amb marques de 50 ml per mesurar l’aigua quan preparava la meva solució salina. Vaig utilitzar sal iodada de la marca Clover Valley. Vaig mesurar 3 cullerades de sal, vaig afegir la sal a un got mesurador i vaig omplir el got a 250 ml amb aigua de l’aixeta. 1 cullerada dels EUA és aproximadament 14,7868 ml, de manera que 3 cullerades són aproximadament 44,3604 ml. La densitat del clorur de sodi és de 2,16 g / cm ^ 3. Vaig multiplicar el volum i la densitat per determinar la massa de NaCl, que era de 95,82 g. La massa molar de NaCl és de 58,44 g / mol, de manera que els mols de NaCl eren 1,64 mol. 1,64 mols dividits pel volum total de 250 ml o 0,250 L van donar lloc a una solució de NaCl 6,56 M. Així és com intentaria trobar la concentració de la vostra mostra de sal si no teniu cap equipament elegant a la vostra disposició.

Pas 2: configureu la cel·la electroquímica

• Com he dit anteriorment, vaig utilitzar un pot d’espècies amb forats prou amples a la part superior per injectar-me aigua salada amb una xeringa medicinal. Qualsevol tipus de vaixell hauria de funcionar, però el millor és poder suspendre els elèctrodes i la solució i situar-los allà on no es toquin ni a les parets del contenidor.
• Vaig desplegar i redreçar dos clips de paper per fer el càtode i l’ànode. També els vaig polir amb paper de vidre per assegurar-me que no hi hagués cap revestiment que actués com a aïllant. Vaig fer tubs petits tallant una palla en vuitens. Vaig utilitzar els tubs de palla als forats del pot d’espècies on es col·locaven el càtode i l’ànode per assegurar-me que quedessin al seu lloc quan vaig fixar els clips de cocodril. Esperem que la imatge ajudi a la visualització d’això.
• El millor és que el càtode i l’ànode estiguin a un nivell de profunditat similar a la solució.
• Afegiu aigua al pot de les espècies on els elèctrodes estiguin parcialment submergits en aigua, com a mínim un cm a l’aigua. Voleu deixar una mica d’espai al recipient quan hi injecteu solució de sal.

Pas 3: configureu el vostre circuit

• He utilitzat un microprocessador Adafruit Metro, però la majoria de microprocessadors del mercat són similars quant a les diferents opcions de pins.

• Vaig configurar el circuit de la següent manera:

  • Connecteu un cable a 5 V. Col·loqueu un costat d’un clip de cocodril a l’altre extrem. Connecteu l’altre costat del clip de cocodril a un dels vostres elèctrodes. Aquest serà el vostre ànode.
  • Connecteu un cable a A0 i connecteu l’altre extrem a la vostra placa. Afegiu un altre cable en línia amb el cable connectat a A0 i la vostra placa.
  • Connecteu una resistència de 10 kOhm a aquest cable de la vostra placa. A l’altre extrem de la resistència, utilitzeu un cable per connectar el sistema a terra.
  • Connecteu un altre cable a terra del microprocessador i al costat de l’altre cable connectat a terra a la taula de suport.
  • Veure fotos per configurar-les

Pas 4: Compileu / verifiqueu i pengeu el codi

He utilitzat el següent codi que es desa a l'aplicació Arduino a la secció Exemples bàsics ReadAnalogVoltage. Espero que això hagi funcionat. Les dades no eren les que esperava, ja que el voltatge va disminuir a mesura que s’afegia més aigua salada. Vaig pensar en la finalitat del codi una mica més i vaig decidir fer una tensió corregida restant la sortida dels 5 V originals afegits al sistema. Després vaig fer una corba de calibratge utilitzant la concentració (calculada, en parlaré al pas següent) i la tensió corregida, que ara mostra la tensió augmentant amb l'addició de sal. Si algú té algun consell sobre on em podria haver equivocat, feu-m'ho saber.

Curiosament, cada vegada que vaig treure el càtode o l’ànode de la solució, el monitor sèrie llegia una sortida de 5,00 V.

Pas 5: analitzar les dades

• La concentració de sal afegida per a cada injecció es troba multiplicant la molaritat de la solució salina pel volum d’injecció (és a dir, 1 mL = 0,001 L), i després dividint-la pel volum total (per tant, suposem que comenceu amb 250 mL = 0,250 L, el volum total de la primera injecció és de 0,251 L). A continuació, calcularíeu la concentració dividint (0,001 L * la molaritat) / (volum total o 0,251 L)
• Calculeu la concentració de la solució de mostra després de cada addició de solució de sal.
• Vaig corregir la tensió restant la tensió de sortida de la inicial de 5,00 V. Això em va donar la corba de calibració positiva de la concentració en comparació amb la tensió que esperava, ja que l’addició d’electròlit a la solució hauria de disminuir la resistència de la solució i permetre que el corrent flueixi. amb més eficàcia.
• Nota: per als meus gràfics l'abast lineal és horrible. Recomanaria fer una solució de NaCl amb una concentració molt menor o utilitzar volums d'injecció més petits. Vaig maximitzar la detecció al principi de l’experiment.
• Altres sals iòniques es podrien dissoldre en aigua i utilitzar-les amb aquest mateix procediment. Hauria fet proves amb sal epsom si en tingués.

Referències:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Aquestes pàgines m’han ajudat a entendre com esperar que canviï el voltatge quan s’afegeix electricitat a la solució salina a concentracions creixents.