Mini-Elektrolysezelle - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Ich habe an diesem Projekt für meinen Instrumentalchemiekurs gearbeitet. Mein Ziel war es, die von einer Kathode in Salzwasser erfasste Spannung zu messen. Ich führte eine Standardzugabe von ungefähr 6,6 M Salzwasser mit Injektionen von 1 ml mit einer medizinischen Spritze durch.

Lieferungen

• Messzylinder, volumetrische Pipette, Mikropipette usw. zur Volumenmessung. Ich habe eine Medizinspritze mit 0,2 ml Markierungen verwendet.
• Mikroprozessor, d. h. Arduino-Gerät
• Sortiment von männlich-zu-männlichen und weiblich-zu-männlichen Drähten
• zwei Krokodilklemmen
• Steckbrett
• 10 kOhm Widerstand oder ähnlich für Spannungsteiler
• Gefäß für Elektrolyse. Ich habe ein altes Gewürzglas verwendet und das hat ganz gut funktioniert
• Zwei Büroklammern zur Herstellung der Kathoden- und Anodenelektroden. Ich schneide auch einen Strohhalm in Abschnitte, nur um meine Elektroden sicherer zu halten und zu verhindern, dass sie sich gegenseitig oder das Glas berühren.
• Kochsalz (NaCl)
• Leitungswasser

Schritt 1: Bereiten Sie Ihre Salzlösung vor

Ich habe Esslöffel verwendet, um Salzmengen zu messen und einen Messbecher mit 50 ml-Markierungen, um Wasser zu messen, wenn ich meine Salzlösung herstelle. Ich habe Jodsalz der Marke Clover Valley verwendet. Ich habe 3 Esslöffel Salz abgemessen, das Salz in einen Messbecher gegeben und den Messbecher mit Leitungswasser auf 250 ml aufgefüllt. 1 US-Esslöffel entspricht ungefähr 14,7868 ml, also 3 EL sind ungefähr 44,3604 ml. Die Dichte von Natriumchlorid beträgt 2,16 g/cm^3. Ich multiplizierte das Volumen und die Dichte, um die Masse von NaCl zu bestimmen, die 95,82 g betrug. Die Molmasse von NaCl beträgt 58,44 g/mol, die Molmenge von NaCl betrug also 1,64 mol. 1,64 Mol geteilt durch das Gesamtvolumen von 250 ml oder 0,250 l ergab eine 6,56 M NaCl-Lösung. So würde ich die Konzentration Ihrer Salzprobe ermitteln, wenn Sie keine ausgefallenen Geräte zur Verfügung haben.

Schritt 2: Einrichten der elektrochemischen Zelle

• Wie ich bereits sagte, habe ich ein Gewürzglas mit ausreichend großen Löchern oben verwendet, um Salzwasser mit einer medizinischen Spritze zu injizieren. Jede Art von Gefäß sollte funktionieren, aber es ist am besten, Ihre Elektroden und Lösung aufzuhängen und so zu positionieren, dass sie sich nicht oder die Wände des Behälters berühren.
• Ich entfaltete und begradigte zwei Büroklammern, um meine Kathode und Anode zu machen. Ich habe sie auch mit Sandpapier poliert, um sicherzustellen, dass es keine Beschichtung gab, die als Isolator wirken würde. Ich machte kleine Röhrchen, indem ich einen Strohhalm in Achtel schnitt. Ich benutzte die Strohröhren in den Gewürzglaslöchern, in denen die Kathode und die Anode platziert waren, um sicherzustellen, dass sie beim Anbringen der Krokodilklemmen an Ort und Stelle blieben. Hoffentlich hilft das Bild, dies zu visualisieren.
• Es ist am besten, wenn sich Kathode und Anode in der Lösung auf einem ähnlichen Tiefenniveau befinden.
• Fügen Sie Wasser in das Gewürzglas hinzu, wo die Elektroden teilweise in Wasser eingetaucht sind, mindestens einen cm im Wasser würde ich sagen. Sie möchten etwas Platz im Gefäß lassen, wenn Sie Salzlösung hineinspritzen.

Schritt 3: Richten Sie Ihre Schaltung ein

• Ich habe einen Adafruit Metro-Mikroprozessor verwendet, aber die meisten Mikroprozessoren auf dem Markt sind sich in Bezug auf die verschiedenen Pin-Optionen ähnlich.

• Ich habe die Schaltung wie folgt aufgebaut:

  • Schließen Sie ein Kabel an 5 V an. Befestigen Sie eine Seite einer Krokodilklemme am anderen Ende. Befestigen Sie die andere Seite der Krokodilklemme an einer Ihrer Elektroden. Dies wird Ihre Anode sein.
  • Verbinden Sie ein Kabel mit A0 und verbinden Sie das andere Ende mit Ihrem Board. Fügen Sie einen weiteren Draht in Übereinstimmung mit dem mit A0 und Ihrem Board verbundenen Draht hinzu.
  • Verbinden Sie einen 10 kOhm Widerstand mit diesem Draht auf Ihrem Board. Verwenden Sie am anderen Ende des Widerstands einen Draht, um das System mit Masse zu verbinden.
  • Verbinden Sie ein weiteres Kabel mit Masse an Ihrem Mikroprozessor und neben Ihrem anderen Kabel, das mit Masse auf Ihrem Steckbrett verbunden ist.
  • Siehe Fotos für die Einrichtung

Schritt 4: Code kompilieren/überprüfen und hochladen

Ich habe den folgenden Code verwendet, der in der Arduino-Anwendung unter Beispiele Basics ReadAnalogVoltage gespeichert ist. Ich hoffe, das hat funktioniert. Die Daten waren nicht so, wie ich es erwartet hatte, da die Spannung abnahm, wenn mehr Salzwasser hinzugefügt wurde. Ich dachte noch etwas über den Zweck des Codes nach und beschloss, eine korrigierte Spannung zu erstellen, indem ich den Ausgang von den ursprünglichen 5 V, die dem System hinzugefügt wurden, subtrahiert. Ich habe dann eine Kalibrierkurve mit der Konzentration (berechnet - darüber werde ich im nächsten Schritt sprechen) und der korrigierten Spannung erstellt, die nun die Spannung mit der Zugabe von Salz ansteigend anzeigt. Wenn jemand einen Rat hat, wo ich einen Fehler gemacht haben könnte, lass es mich wissen.

Interessanterweise las der serielle Monitor jedes Mal, wenn ich entweder die Kathode oder Anode aus der Lösung entfernte, eine Ausgabe von 5,00 V.

Schritt 5: Analysieren der Daten

• Die für jede Injektion hinzugefügte Salzkonzentration wird ermittelt, indem die Molarität Ihrer Salzlösung mit dem Injektionsvolumen (dh 1 ml = 0,001 l) multipliziert und dann durch das Gesamtvolumen geteilt wird (angenommen, Sie beginnen mit 250 ml = 0,250.). L, das Gesamtvolumen für die erste Injektion beträgt 0,251 L). Sie würden dann die Konzentration berechnen, indem Sie (0,001 l * die Molarität) / (Gesamtvolumen oder 0,251 l) dividieren.
• Berechnen Sie die Konzentration der Probenlösung nach jeder Zugabe von Salzlösung.
• Ich korrigierte die Spannung, indem ich die Ausgangsspannung von den anfänglichen 5,00 V subtrahierte. Dies gab mir die positive Kalibrierungskurve von Konzentration vs. Spannung, die ich erwartet hatte, da die Zugabe von Elektrolyt in der Lösung den Widerstand der Lösung verringern und den Stromfluss ermöglichen sollte effektiver.
• Hinweis: Für meine Grafiken ist der lineare Bereich schrecklich. Ich würde dringend empfehlen, eine NaCl-Lösung mit einer viel geringeren Konzentration herzustellen oder kleinere Injektionsvolumina zu verwenden. Ich habe die Erkennung zu Beginn des Experiments maximiert.
• Andere ionische Salze könnten in Wasser gelöst und mit demselben Verfahren verwendet werden. Ich hätte Versuche mit Bittersalz gemacht, wenn ich welche gehabt hätte.

Verweise:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Diese Seiten haben mir geholfen zu verstehen, wie man erwartet, dass sich die Spannung ändert, wenn der Salzlösung mit steigender Konzentration Elektrizität zugesetzt wird.