Mini-elektrolytische cel - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Ik heb aan dit project gewerkt voor mijn opleiding Instrumentele Scheikunde. Mijn doel was om de spanning te meten die werd gedetecteerd door een kathode in zout water. Ik voerde een standaardtoevoeging uit van ongeveer 6,6 M zout water, met injecties van 1 ml met behulp van een medicinale spuit.

Benodigdheden

• Maatcilinder, volumetrische pipet, micropipet, enz. om het volume te meten. Ik gebruikte een medicijnspuit met markeringen van 0,2 ml.
• Microprocessor, d.w.z. Arduino-apparaat
• assortiment van male-to-male en female-to-male draden
• twee krokodillenklemmen
• broodplankje
• 10 kohm weerstand of iets dergelijks voor spanningsdeler
• Vat voor elektrolyse. Ik gebruikte een oude kruidenpot en dat werkte best goed
• Twee paperclips om de kathode- en anode-elektroden te maken. Ik heb ook een rietje in secties gesneden om mijn elektroden beter op hun plaats te houden en te voorkomen dat ze elkaar of het glas raken.
• Tafelzout (NaCl)
• Kraanwater

Stap 1: Bereid uw zoutoplossing voor

Ik gebruikte eetlepels om hoeveelheden zout af te meten en een maatbeker met 50 ml markeringen om water te meten bij het maken van mijn zoutoplossing. Ik gebruikte gejodeerd zout van het merk Clover Valley. Ik mat 3 eetlepels zout af, deed het zout in een maatbeker en vulde de maatbeker tot 250 ml met kraanwater. 1 Amerikaanse eetlepel is ongeveer 14,7868 ml, dus 3 eetlepels is ongeveer 44,3604 ml. De dichtheid van natriumchloride is 2,16 g/cm^3. Ik vermenigvuldigde het volume en de dichtheid om de massa van NaCl te bepalen, die 95,82 g was. De molaire massa van NaCl is 58,44 g/mol, dus de mol NaCl was 1,64 mol. 1,64 mol gedeeld door het totale volume van 250 ml of 0,250 L resulteerde in een 6,56 M NaCl-oplossing. Zo zou ik te werk gaan om de concentratie van je zoutmonster te vinden als je geen fancy apparatuur tot je beschikking hebt.

Stap 2: Stel de elektrochemische cel in

• Zoals ik al eerder zei, gebruikte ik een kruidenpot met gaten aan de bovenkant die groot genoeg waren om zout water te injecteren met een medicinale spuit. Elk type vat zou moeten werken, maar het is het beste om uw elektroden en oplossing op te hangen en ze te positioneren waar ze elkaar of de wanden van de container niet raken.
• Ik ontvouwde en trok twee paperclips recht om mijn kathode en anode te maken. Ik heb ze ook gepolijst met schuurpapier om er zeker van te zijn dat er geen coating was die als een isolator zou werken. Ik maakte kleine buisjes door een rietje in achtsten te snijden. Ik gebruikte de strobuizen in de gaten van de kruidenpot waar de kathode en anode waren geplaatst om ervoor te zorgen dat ze op hun plaats bleven toen ik de krokodillenklemmen bevestigde. Hopelijk helpt de foto bij de visualisatie hiervan.
• Het is het beste dat de kathode en anode zich op een vergelijkbaar diepteniveau in de oplossing bevinden.
• Voeg water toe aan de kruidenpot tot waar de elektroden gedeeltelijk in water zijn ondergedompeld, minstens een cm in het water zou ik zeggen. U wilt wat ruimte in het vat overlaten voor wanneer u er een zoutoplossing in injecteert.

Stap 3: Stel uw circuit in

• Ik heb een Adafruit Metro-microprocessor gebruikt, maar de meeste microprocessors op de markt zijn vergelijkbaar wat betreft de verschillende pin-opties.

• Ik heb de schakeling als volgt opgezet:

  • Sluit een draad aan op 5 V. Bevestig een kant van een krokodillenklem aan het andere uiteinde. Bevestig de andere kant van de krokodillenklem aan een van uw elektroden. Dit wordt je anode.
  • Sluit een draad aan op A0 en sluit het andere uiteinde aan op uw bord. Voeg nog een draad toe in lijn met de draad die is aangesloten op A0 en uw bord.
  • Sluit een weerstand van 10 kOhm aan op deze draad op je bord. Gebruik aan het andere uiteinde van de weerstand een draad om het systeem met aarde te verbinden.
  • Sluit een andere draad aan op aarde op uw microprocessor en naast uw andere draad die is aangesloten op aarde op uw breadboard.
  • Zie foto's voor opstelling

Stap 4: Code compileren/verifiëren en uploaden

Ik heb de volgende code gebruikt die is opgeslagen in de Arduino-applicatie onder Voorbeelden Basics ReadAnalogVoltage. Ik hoop dat dit werkte. De gegevens waren niet zoals ik had verwacht, omdat de spanning afnam naarmate er meer zout water werd toegevoegd. Ik dacht nog wat na over het doel van de code en besloot een gecorrigeerde spanning te doen door de output af te trekken van de oorspronkelijke 5 V die aan het systeem was toegevoegd. Ik heb toen een kalibratiecurve gemaakt met behulp van de concentratie (berekend - ik zal het in de volgende stap hebben) en de gecorrigeerde spanning, die nu de spanning laat zien als toenemend met toevoeging van zout. Als iemand advies heeft over waar ik de fout in ben gegaan, laat het me dan weten.

Interessant is dat telkens wanneer ik de kathode of anode uit de oplossing verwijderde, de seriële monitor een output van 5,00 V las.

Stap 5: Analyseren van de gegevens

• De concentratie zout die voor elke injectie wordt toegevoegd, wordt bepaald door de molariteit van uw zoutoplossing te vermenigvuldigen met het injectievolume (dwz 1 ml = 0,001 L) en vervolgens te delen door het totale volume (dus laten we zeggen dat u begint met 250 ml = 0,250 L, het totale volume voor de eerste injectie is 0,251 L). Je zou dan de concentratie berekenen door te delen (0,001L*de molariteit)/(totaal volume of 0,251 L)
• Bereken de concentratie van de monsteroplossing na elke toevoeging van zoutoplossing.
• Ik corrigeerde de spanning door de uitgangsspanning af te trekken van de aanvankelijke 5,00 V. Dit gaf me de positieve kalibratiecurve van concentratie versus spanning die ik verwachtte, aangezien toevoeging van elektrolyt in oplossing de weerstand van de oplossing zou moeten verminderen en stroom zou laten vloeien effectiever.
• Opmerking: voor mijn grafieken is het lineaire bereik verschrikkelijk. Ik zou ten zeerste aanbevelen om een NaCl-oplossing te maken met een veel kleinere concentratie of kleinere injectievolumes te gebruiken. Ik heb de detectie al vroeg in het experiment gemaximaliseerd.
• Andere ionische zouten kunnen in water worden opgelost en met dezelfde procedure worden gebruikt. Ik zou proeven met epsomzout hebben gedaan als ik die had.

Referenties:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Deze pagina's hebben me geholpen te begrijpen hoe ik kon verwachten dat de spanning zou veranderen wanneer elektriciteit in toenemende concentraties aan de zoutoplossing werd toegevoegd.