Mini elektrolytisk cell: 5 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:40

Jag har arbetat med detta projekt för min kurs i instrumentkemi. Mitt mål var att mäta spänning som detekteras av en katod i saltvatten. Jag utförde en standardtillsats av cirka 6,6 M saltvatten, med injektioner av 1 ml med en medicinsk spruta.

Tillbehör

• Graduerad cylinder, volymetrisk pipett, mikropipetter, etc. för att mäta volym. Jag använde en spruta med 0,2 ml märkning.
• Mikroprocessor, dvs. Arduino -enhet
• sortiment av man-till-han- och hon-till-man-ledningar
• två krokodilklämmor
• bakbord
• 10 kohm motstånd eller liknande för spänningsdelare
• Fartyg för elektrolys. Jag använde en gammal kryddburk och det fungerade ganska bra
• Två gem för att göra katoden och anodelektroderna. Jag skar också ett sugrör i sektioner bara för att hålla mina elektroder säkrare på plats och förhindra att de vidrör varandra eller glaset.
• Bordsalt (NaCl)
• Kranvatten

Steg 1: Förbered din saltlösning

Jag använde matskedar för att mäta mängder salt och en mätkopp med 50 ml markeringar för att mäta vatten när jag gjorde min saltlösning. Jag använde jodiserat salt från märket Clover Valley. Jag mätte upp 3 matskedar salt, tillsatte saltet i en mätkopp och fyllde mätkoppen till 250 ml med kranvatten. 1 amerikansk matsked är cirka 14,7868 ml, så 3 msk är cirka 44,3604 ml. Natriumkloridens densitet är 2,16 g/cm^3. Jag multiplicerade volymen och densiteten för att bestämma massan av NaCl, som var 95,82 g. Molmassan av NaCl är 58,44 g/mol, så molen NaCl var 1,64 mol. 1,64 mol dividerat med den totala volymen på 250 ml eller 0,250 L resulterade i en 6,56 M NaCl -lösning. Så här skulle jag gå tillväga för att hitta koncentrationen av ditt saltprov om du inte har någon snygg utrustning till ditt förfogande.

Steg 2: Ställ in den elektrokemiska cellen

• Som jag sa tidigare använde jag en kryddburk med tillräckligt stora hål upptill för att jag skulle kunna injicera saltvatten med en medicinsk spruta. Varje typ av kärl bör fungera, men det är bäst att kunna hänga upp dina elektroder och lösningar och kunna placera dem där de inte vidrör varandra eller behållarens väggar.
• Jag fällde ut och rätade ut två gem för att göra min katod och anod. Jag polerade dem också med sandpapper för att se till att det inte fanns någon beläggning som skulle fungera som en isolator. Jag gjorde små rör genom att skära ett sugrör i åttondelar. Jag använde halmrören i kryddburkhålen där katoden och anoden placerades för att se till att de stannade på plats när jag fäst krokodilklämmorna. Förhoppningsvis hjälper bilden visualiseringen av detta.
• Det är bäst att katoden och anoden är på samma djupnivå i lösningen.
• Tillsätt vatten till kryddburken där elektroderna delvis är nedsänkta i vatten, minst en cm i vattnet skulle jag säga. Du vill lämna lite utrymme i kärlet för när du injicerar saltlösning i det.

Steg 3: Konfigurera din krets

• Jag använde en Adafruit Metro -mikroprocessor, men de flesta mikroprocessorer på marknaden liknar de olika stiftalternativen.

• Jag ställer in kretsen enligt följande:

  • Anslut en kabel till 5 V. Fäst ena sidan av en krokodilklämma i den andra änden. Fäst den andra sidan av krokodilklämman på en av dina elektroder. Detta kommer att vara din anod.
  • Anslut en kabel till A0 och anslut den andra änden till ditt kort. Lägg till en annan tråd i linje med kabeln ansluten till A0 och ditt kort.
  • Anslut ett 10 kOhm motstånd till denna tråd på ditt kort. I andra änden av motståndet, använd en kabel för att ansluta systemet till jord.
  • Anslut en annan kabel till jord på din mikroprocessor och bredvid din andra tråd som är ansluten till jord på din brödbräda.
  • Se bilder för installation

Steg 4: Kompilera/verifiera och ladda upp kod

Jag använde följande kod som sparas i Arduino -applikationen under Exempel Basics ReadAnalogVoltage. Jag hoppas att detta fungerade. Data var inte som jag förväntade mig, eftersom spänningen minskade när mer saltvatten tillsattes. Jag funderade mer på syftet med koden och bestämde mig för att göra en korrigerad spänning genom att subtrahera utmatningen från den ursprungliga 5 V som tillförts systemet. Jag gjorde sedan en kalibreringskurva med hjälp av koncentrationen (beräknad- jag kommer att tala om i nästa steg) och den korrigerade spänningen, som nu visar spänningen som ökande med tillsats av salt. Om någon har några råd om var jag kan ha gått fel, säg till.

Intressant nog, när jag tog bort antingen katoden eller anoden från lösningen läste den seriella bildskärmen en utgång på 5,00 V.

Steg 5: Analysera data

• Koncentrationen av salt som tillsätts för varje injektion hittas genom att multiplicera molariteten i din saltlösning med injektionsvolymen (dvs 1 ml = 0,001 L) och sedan dividera med den totala volymen (så låt oss säga att du börjar med 250 ml = 0,250 L, den totala volymen för den första injektionen är 0,251 L). Du skulle sedan beräkna koncentrationen genom att dividera (0,001L*molariteten)/(total volym eller 0,251 L)
• Beräkna koncentrationen av provlösningen efter varje tillsats av saltlösning.
• Jag korrigerade spänningen genom att subtrahera utspänningen från de första 5.00 V. Detta gav mig den positiva kalibreringskurvan för koncentration mot spänning som jag förväntade mig, eftersom tillsats av elektrolyt i lösning skulle minska lösningens motstånd och låta strömmen flöda mer effektivt.
• Obs: för mina grafer är det linjära intervallet hemskt. Jag rekommenderar starkt att göra en NaCl -lösning med en mycket mindre koncentration eller använda mindre injektionsvolymer. Jag maximerade upptäckten tidigt i experimentet.
• Andra joniska salter kan lösas upp i vatten och användas med samma procedur. Jag skulle ha gjort försök med epsom salt om jag hade något.

Referenser:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Dessa sidor hjälpte mig att förstå hur jag kan förvänta mig att spänningen ändras när elektricitet tillsätts till saltlösning vid ökande koncentrationer.