Mini elektrolyysikenno: 5 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Olen työskennellyt tämän projektin parissa instrumentaalikemian kurssillani. Tavoitteeni oli mitata katodin havaitsema jännite suolavedessä. Tein tavanomaisen lisäyksen noin 6,6 M suolavettä 1 ml: n injektioilla lääketieteellisellä ruiskulla.

Tarvikkeet

• Mittasylinteri, tilavuuspipetti, mikropipetti jne. Tilavuuden mittaamiseksi. Käytin lääkeruiskua, jossa oli 0,2 ml merkinnät.
• Mikroprosessori eli Arduino -laite
• valikoima uros-uros- ja naaras-uros-johtoja
• kaksi alligaattorileikettä
• leipälauta
• 10 kohmin vastus tai vastaava jännitteenjakajalle
• Alus elektrolyysiä varten. Käytin vanhaa maustesäiliötä ja se toimi aika hyvin
• Kaksi paperiliitintä katodi- ja anodielektrodien valmistamiseksi. Leikkasin myös oljen osiin vain pitääkseni elektrodit turvallisemmin paikoillaan ja estääkseni koskettamasta toisiaan tai lasia.
• Ruokasuola (NaCl)
• Hanavesi

Vaihe 1: Valmista suolaliuos

Käytin ruokalusikallisia suolamäärien mittaamiseen ja 50 ml: n merkintämittaria veden mittaamiseen suolaliuosta valmistettaessa. Käytin Clover Valleyn jodattua suolaa. Mittasin 3 rkl suolaa, lisäsin suolan mittakuppiin ja täytin mittakupin 250 ml: ksi vesijohtovedellä. 1 Yhdysvaltain ruokalusikallinen on noin 14,7868 ml, joten 3 rkl on noin 44,3604 ml. Natriumkloridin tiheys on 2,16 g/cm^3. Kerroin tilavuuden ja tiheyden NaCl -massan määrittämiseksi, joka oli 95,82 g. NaCl: n moolimassa on 58,44 g/mol, joten NaCI: n moolit olivat 1,64 mol. 1,64 moolia jaettuna 250 ml: n tai 0,250 litran kokonaistilavuudella johti 6,56 M NaCl -liuokseen. Näin etsisin suolanäytteesi pitoisuutta, jos sinulla ei ole mitään hienoja laitteita käytettävissänne.

Vaihe 2: Asenna sähkökemiallinen kenno

• Kuten aiemmin sanoin, käytin maustepurkkia, jonka yläreunassa oli riittävän leveät reiät, jotta voisin pistää suolavettä lääketieteellisellä ruiskulla. Kaikentyyppisten astioiden pitäisi toimia, mutta on parasta pystyä ripustamaan elektrodit ja liuos ja sijoittamaan ne paikkoihin, joissa ne eivät kosketa toisiaan tai säiliön seiniä.
• Avasin ja suoristin kaksi paperiliitintä katodin ja anodin tekemiseksi. Kiillotin ne myös hiekkapaperilla varmistaakseni, ettei pinnoite toiminut eristeenä. Tein pieniä putkia leikkaamalla oljen kahdeksanneksi. Käytin olkiputkia maustepurkin reikissä, joihin katodi ja anodi sijoitettiin, jotta ne pysyisivät paikallaan, kun kiinnitin alligaattoripidikkeet. Toivottavasti kuva auttaa tämän visualisoinnissa.
• On parasta, että katodi ja anodi ovat samalla syvyydellä liuoksessa.
• Lisää vettä maustepurkkiin kohtaan, jossa elektrodit ovat osittain upotettuina veteen, ainakin sentin verran veteen, sanoisin. Haluat jättää astiaan tilaa, kun ruiskutat siihen suolaliuosta.

Vaihe 3: Määritä piiri

• Käytin Adafruit Metro -mikroprosessoria, mutta useimmat markkinoilla olevat mikroprosessorit ovat samanlaisia eri tappivaihtoehtojen osalta.

• Asetin piirin seuraavasti:

  • Kytke johto 5 V. Liitä alligaattoripidikkeen toinen puoli toiseen päähän. Kiinnitä alligaattorin pidikkeen toinen puoli johonkin elektrodistasi. Tämä on sinun anodisi.
  • Liitä johto liittimeen A0 ja toinen pää korttiisi. Lisää toinen johto linjan A0 ja kortin kanssa yhdistetyn johdon kanssa.
  • Kytke 10 kOhm: n vastus tähän kortin johtoon. Käytä vastuksen toisessa päässä johtoa järjestelmän liittämiseksi maahan.
  • Kytke toinen johto maastoon mikroprosessorissasi ja toisen johtimen viereen, joka on kytketty maadoituslevyyn.
  • Katso kuvat asennuksesta

Vaihe 4: Käännä/vahvista ja lähetä koodi

Käytin seuraavaa koodia, joka on tallennettu Arduino -sovellukseen kohtaan Esimerkit perusasiat ReadAnalogVoltage. Toivottavasti tämä toimi. Tiedot eivät olleet odotukseni mukaisia, koska jännite laski, kun suolavettä lisättiin. Mietin koodin tarkoitusta hieman enemmän ja päätin tehdä korjatun jännitteen vähentämällä lähtö järjestelmän alkuperäisestä 5 V: sta. Tein sitten kalibrointikäyrän käyttämällä pitoisuutta (laskettu- puhun seuraavassa vaiheessa) ja korjattua jännitettä, joka näyttää nyt jännitteen kasvavan suolan lisäämisen jälkeen. Jos jollain on neuvoja siitä, missä olen saattanut mennä pieleen, kertokaa minulle.

Mielenkiintoista on, että aina kun poistin joko katodin tai anodin ratkaisusta, sarjamonitori luki 5,00 V.

Vaihe 5: Tietojen analysointi

• Jokaiselle injektiolle lisätyn suolan pitoisuus saadaan kertomalla suolaliuoksesi molaarisuus injektiotilavuudella (eli 1 ml = 0,001 l) ja jakamalla sitten kokonaistilavuudella (joten oletetaan, että aloitat 250 ml: lla = 0,250 L, ensimmäisen injektion kokonaistilavuus on 0,251 l). Laske sitten pitoisuus jakamalla (0,001 l*molaarisuus)/(kokonaistilavuus tai 0,251 l)
• Laske näyteliuoksen pitoisuus jokaisen suolaliuoksen lisäyksen jälkeen.
• Korjasin jännitteen vähentämällä lähtöjännitteen alkuperäisestä 5,00 V: sta. Tämä antoi positiivisen pitoisuuden ja jännitteen kalibrointikäyrän, jota odotin, koska elektrolyytin lisäämisen liuokseen pitäisi vähentää liuoksen vastusta ja antaa virran kulkea tehokkaammin.
• Huomautus: kaavioilleni lineaarinen alue on kamala. Suosittelen lämpimästi NaCl -liuoksen valmistamista, jonka pitoisuus on paljon pienempi tai jossa käytetään pienempiä ruiskutustilavuuksia. Maksimoin havaitsemisen kokeilun alussa.
• Muut ionisuolat voidaan liuottaa veteen ja käyttää samalla tavalla. Olisin kokeillut epsom -suolaa, jos minulla olisi sellainen.

Viitteet:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Nämä sivut auttoivat minua ymmärtämään, kuinka odottaa jännitteen muuttuvan, kun suolaliuokseen lisätään sähköä kasvavina pitoisuuksina.