Mini Elektrolitik Hücre: 5 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Enstrümantal Kimya dersim için bu proje üzerinde çalışıyorum. Amacım, tuzlu suda bir katot tarafından tespit edilen voltajı ölçmekti. Tıbbi bir şırınga kullanarak 1 mL'lik enjeksiyonlarla yaklaşık 6,6 M tuzlu sudan standart bir ilave yaptım.

Gereçler

• Hacim ölçmek için dereceli silindir, hacimsel pipet, mikropipet vb. 0,2 mL işaretli bir ilaç şırıngası kullandım.
• Mikroişlemci yani Arduino cihazı
• erkekten erkeğe ve dişiden erkeğe kablo çeşitleri
• iki timsah klip
• ekmek tahtası
• Voltaj bölücü için 10 kohm direnç veya benzeri
• Elektroliz için kap. Eski bir baharat kavanozu kullandım ve oldukça işe yaradı.
• Katot ve anot elektrotlarını yapmak için iki ataş. Ayrıca elektrotlarımı daha güvenli bir şekilde yerinde tutmak ve birbirlerine veya cama dokunmalarını önlemek için bir pipeti bölümlere ayırdım.
• Sofra tuzu (NaCl)
• Musluk suyu

Adım 1: Tuz Çözümünüzü Hazırlayın

Tuz çözeltimi hazırlarken tuz miktarını ölçmek için yemek kaşığı ve suyu ölçmek için 50 mL işaretli bir ölçüm kabı kullandım. Clover Valley markasının iyotlu tuzunu kullandım. 3 yemek kaşığı tuzu ölçtüm, tuzu bir ölçü kabına ekledim ve ölçü kabını 250 mL'ye musluk suyuyla doldurdum. 1 ABD yemek kaşığı yaklaşık 14.7868 mL'dir, yani 3 yemek kaşığı yaklaşık 44.3604 mL'dir. Sodyum klorürün yoğunluğu 2.16 g/cm^3'tür. 95.82 g olan NaCl'nin kütlesini belirlemek için hacmi ve yoğunluğu çarptım. NaCl'nin molar kütlesi 58.44 g/mol'dür, dolayısıyla NaCl'nin molleri 1.64 mol'dür. 1.64 mol 250 mL veya 0.250 L toplam hacme bölündüğünde 6.56 M NaCl çözeltisi elde edildi. Emrinizde herhangi bir fantezi ekipmanınız yoksa, tuz numunenizin konsantrasyonunu bu şekilde bulurdum.

Adım 2: Elektrokimyasal Hücreyi Kurun

• Daha önce de söylediğim gibi, tıbbi bir şırınga ile tuzlu su enjekte etmek için üstte yeterince geniş delikli bir baharat kavanozu kullandım. Herhangi bir kap türü çalışmalıdır, ancak elektrotlarınızı ve solüsyonunuzu askıya alabilmeniz ve bunları birbirine veya kabın duvarlarına değmeyecek şekilde konumlandırabilmeniz en iyisidir.
• Katodumu ve anotumu yapmak için iki ataç açtım ve düzelttim. Ayrıca yalıtkan görevi görecek bir kaplama olmadığından emin olmak için onları zımpara kağıdı ile parlattım. Bir pipeti sekizde bir keserek küçük tüpler yaptım. Timsah klipslerini taktığımda yerlerinde kalmalarını sağlamak için katot ve anotun yerleştirildiği baharat kavanozu deliklerinde saman tüpleri kullandım. Umarım resim bunun görselleştirilmesine yardımcı olur.
• Çözeltide katot ve anotun benzer bir derinlik seviyesinde olması en iyisidir.
• Elektrotların kısmen suya batırıldığı baharat kavanozuna su ekleyin, suyun en az bir cm içinde diyebilirim. İçine tuz solüsyonu enjekte ettiğinizde kapta biraz yer bırakmak istiyorsunuz.

Adım 3: Devrenizi Kurun

• Bir Adafruit Metro mikroişlemci kullandım, ancak piyasadaki çoğu mikroişlemci, farklı pin seçeneklerine göre benzer.

• Devreyi şu şekilde kurdum:

  • 5 V'a bir kablo bağlayın. Bir timsah klipsinin bir tarafını diğer ucuna takın. Timsah klipsinin diğer tarafını elektrotlarınızdan birine takın. Bu senin anotun olacak.
  • A0'a bir kablo bağlayın ve diğer ucunu kartınıza bağlayın. A0'a ve kartınıza bağlı olan kabloya göre başka bir kablo ekleyin.
  • Kartınızdaki bu kabloya 10 kOhm'luk bir direnç bağlayın. Direncin diğer ucunda, sistemi toprağa bağlamak için bir kablo kullanın.
  • Mikroişlemcinizdeki toprağa ve breadboard'unuzdaki toprağa bağlı diğer kablonuzun yanına başka bir kablo bağlayın.
  • Kurulum için fotoğraflara bakın

Adım 4: Kodu Derleyin/doğrulayın ve Yükleyin

Arduino uygulamasında kayıtlı olan aşağıdaki kodu Örnekler Temelleri ReadAnalogVoltage altında kullandım. Umarım bu işe yaramıştır. Daha fazla tuzlu su eklendikçe voltaj düştüğü için veriler beklediğim gibi değildi. Kodun amacını biraz daha düşündüm ve sisteme eklenen orijinal 5 V'tan çıktıyı çıkararak düzeltilmiş bir voltaj yapmaya karar verdim. Daha sonra konsantrasyonu (hesaplanan - bir sonraki adımda bahsedeceğim) ve şimdi tuzun eklenmesiyle voltajın arttığını gösteren düzeltilmiş voltajı kullanarak bir kalibrasyon eğrisi yaptım. Nerede yanlış yapmış olabileceğime dair bir tavsiyesi olan varsa lütfen bana bildirin.

İlginç bir şekilde, ne zaman katodu veya anodu solüsyondan çıkarsam seri monitör 5.00 V'luk bir çıkış okurdu.

Adım 5: Verileri Analiz Etme

• Her enjeksiyon için eklenen tuz konsantrasyonu, tuz çözeltinizin molaritesini enjeksiyon hacmiyle (yani 1 mL=0.001 L) çarparak ve ardından toplam hacme bölerek bulunur (diyelim ki 250 mL=0.250 ile başladınız. L, ilk enjeksiyon için toplam hacim 0.251 L'dir). Daha sonra konsantrasyonu (0.001L*molarite)/(toplam hacim veya 0.251 L) bölerek hesaplarsınız.
• Her tuz çözeltisi ilavesinden sonra numune çözeltisinin konsantrasyonunu hesaplayın.
• Çıkış voltajını ilk 5,00 V'dan çıkararak voltajı düzelttim. Bu bana beklediğim konsantrasyona karşı voltaj pozitif kalibrasyon eğrisini verdi, çünkü solüsyona elektrolit eklenmesi solüsyonun direncini azaltıp akımın akmasına izin vermelidir. daha etkili.
• Not: Grafiklerim için doğrusal aralık korkunç. Çok daha küçük konsantrasyonlu bir NaCl çözeltisi hazırlamanızı veya daha küçük enjeksiyon hacimlerini kullanmanızı şiddetle tavsiye ederim. Deneyin başlarında algılamayı maksimuma çıkardım.
• Diğer iyonik tuzlar suda çözülebilir ve aynı prosedürle kullanılabilir. Elimde olsa epsom tuzu ile denemeler yapardım.

Referanslar:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Bu sayfalar, artan konsantrasyonlarda tuz çözeltisine elektrik eklendiğinde voltajın nasıl değişeceğini anlamama yardımcı oldu.