Mini elektrolüütiline element: 5 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Olen selle projekti kallal töötanud oma instrumentaalkeemia kursusel. Minu eesmärk oli mõõta katoodiga tuvastatud pinget soolases vees. Lisasin standardse ligikaudu 6,6 M soolase vee, süstides 1 ml, kasutades meditsiinilist süstalt.

Tarvikud

• Mahu mõõtmiseks gradueeritud silinder, mahuline pipett, mikropipett jne. Kasutasin 0,2 ml märgistusega ravimisüstalt.
• Mikroprotsessor, st Arduino seade
• valik meessoost-mees- ja nais-meesjuhtmeid
• kaks alligaatoriklambrit
• leivalaud
• 10 kohmi takisti vms pingejaguri jaoks
• Laev elektrolüüsiks. Kasutasin vana vürtsipurki ja see töötas päris hästi
• Kaks kirjaklambrit katoodi ja anoodi elektroodide valmistamiseks. Lõikasin ka kõrre osadeks, et hoida elektroodid kindlamini paigas ja vältida nende üksteise või klaasi puudutamist.
• Lauasool (NaCl)
• Kraanivesi

Samm: valmistage ette soolalahus

Soolalahuse valmistamisel kasutasin soola koguste mõõtmiseks supilusikatäit ja 50 ml märgistusega mõõtetopsi. Kasutasin Clover Valley kaubamärgi jodeeritud soola. Mõõtsin välja 3 supilusikatäit soola, lisasin soola mõõtetopsi ja täitsin mõõtetopsi kraaniveega 250 ml -ni. 1 USA supilusikatäis on umbes 14,7868 ml, seega 3 spl on umbes 44,3604 ml. Naatriumkloriidi tihedus on 2,16 g/cm^3. Ma korrutasin mahu ja tiheduse, et määrata NaCl mass, mis oli 95,82 g. NaCl molaarmass on 58,44 g/mol, seega oli NaCl mool 1,64 mol. 1,64 mooli jagatuna kogumahuga 250 ml või 0,250 l saadi 6,56 M NaCl lahus. Nii otsiksin teie soolaproovi kontsentratsiooni, kui teie käsutuses pole väljamõeldud seadmeid.

2. samm: seadistage elektrokeemiline element

• Nagu ma juba varem ütlesin, kasutasin ma vürtsipurki, mille ülaosas olid piisavalt laiad augud, et süstida meditsiinilist süstalt soolase veega. Igat tüüpi anumad peaksid töötama, kuid kõige parem on, kui saate oma elektroodid ja lahuse peatada ning paigutada need kohta, kus need ei puutu kokku ega anuma seinu.
• Avasin ja sirgendasin kaks kirjaklambrit, et teha oma katood ja anood. Poleerisin neid ka liivapaberiga, veendumaks, et pole katet, mis toimiks isolaatorina. Väikesed torud tegin kaheksandikuna kõrre lõikamisega. Kasutasin õlgtorusid vürtsipurgi aukudes, kuhu katood ja anood olid paigutatud, et need jääksid alligaatoriklambrite kinnitamisel oma kohale. Loodetavasti aitab pilt seda visualiseerida.
• Parim on, et katood ja anood oleksid lahuses sarnasel sügavusel.
• Lisage vürtsipurki vett sinna, kus elektroodid on osaliselt vette uputatud, vähemalt cm vees, ma ütleksin. Kui soovite soolalahusesse süstida, soovite anumasse ruumi jätta.

Samm: seadistage oma vooluring

• Kasutasin Adafruit Metro mikroprotsessorit, kuid enamik turul olevaid mikroprotsessoreid on erinevate tihvtide valikute osas sarnased.

• Seadistasin vooluringi järgmiselt:

  • Ühendage juhe 5 V külge. Kinnitage alligaatoriklambri üks külg teise otsa. Kinnitage alligaatoriklambri teine pool ühele elektroodile. See saab olema teie anood.
  • Ühendage juhe A0 -ga ja teine ots oma plaadiga. Lisage veel üks traat, mis on kooskõlas A0 ja teie plaadiga ühendatud juhtmega.
  • Ühendage oma pardal oleva juhtmega 10 kOhm takisti. Takisti teises otsas kasutage süsteemi maandamiseks traati.
  • Ühendage teine juhe maandusega oma mikroprotsessoril ja teise juhtme kõrval, mis on ühendatud leivaplaadil maandusega.
  • Seadistamiseks vaadake fotosid

Samm: koodi koostamine/kontrollimine ja üleslaadimine

Kasutasin järgmist koodi, mis on salvestatud rakendusse Arduino jaotises Näited põhitõed ReadAnalogVoltage. Loodan, et see toimis. Andmed ei olnud sellised, nagu ma ootasin, kuna pinge vähenes, kui lisati rohkem soolaset vett. Mõtlesin veel koodi eesmärgile ja otsustasin teha parandatud pinge, lahutades süsteemile lisatud esialgse 5 V väljundi. Seejärel tegin kalibreerimiskõvera, kasutades kontsentratsiooni (arvutatud- sellest räägin järgmises etapis) ja korrigeeritud pinget, mis näitab nüüd, et pinge suureneb soola lisamisega. Kui kellelgi on nõu, kus ma võin valesti minna, andke mulle sellest teada.

Huvitav on see, et alati, kui eemaldasin lahendusest katoodi või anoodi, luges jadamonitor väljundiks 5,00 V.

Samm: andmete analüüsimine

• Igale süstimisele lisatud soola kontsentratsioon leitakse, korrutades soolalahuse molaarsuse süstemahuga (st 1 ml = 0,001 l) ja jagades seejärel kogumahuga (oletame, et alustate 250 ml = 0,250 L, esimese süsti kogumaht on 0,251 l). Seejärel arvutate kontsentratsiooni jagades (0,001 l*molaarsus)/(kogumaht või 0,251 l)
• Arvutage proovilahuse kontsentratsioon pärast iga soolalahuse lisamist.
• Parandasin pinget, lahutades väljundpinge esialgsest 5,00 V. See andis mulle positiivse kontsentratsiooni ja pinge kalibreerimiskõvera, mida ma ootasin, kuna elektrolüüdi lisamine lahusesse peaks vähendama lahuse takistust ja laskma voolul voolata tõhusamalt.
• Märkus: minu graafikute jaoks on lineaarne vahemik kohutav. Soovitan tungivalt valmistada palju väiksema kontsentratsiooniga NaCl lahust või kasutada väiksemaid süstimismahte. Maksimeerisin avastamise juba katse alguses.
• Teisi ioonsooli saab vees lahustada ja kasutada sama protseduuriga. Oleksin teinud katseid epsomi soolaga, kui neid oleks olnud.

Viited:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Need lehed aitasid mul mõista, kuidas oodata pinge muutumist, kui soolalahusele lisatakse elektrit suurenevas kontsentratsioonis.