مینی سلول الکترولیتی: 5 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

من برای دوره شیمی ابزارم روی این پروژه کار می کردم. هدف من اندازه گیری ولتاژ تشخیص داده شده توسط کاتد در آب شور بود. من یک افزودنی استاندارد تقریباً 6.6 میلیون آب نمک ، با تزریق 1 میلی لیتر با استفاده از یک سرنگ دارویی انجام دادم.

تدارکات

• سیلندر فارغ التحصیل ، پیپت حجمی ، میکروپپتر و … برای اندازه گیری حجم. من از سرنگ دارویی با علامت 0.2 میلی لیتر استفاده کردم.
• ریزپردازنده یعنی دستگاه آردوینو
• مجموعه ای از سیم های مرد به مرد و زن به مرد
• دو گیره تمساح
• تخته نان
• مقاومت 10 اهم یا مشابه برای تقسیم ولتاژ
• ظرف الکترولیز. من از شیشه ادویه قدیمی استفاده کردم و خیلی خوب کار کرد
• دو گیره کاغذ برای ساخت الکترودهای کاتد و آند. من همچنین نی را به قطعات برش می دهم تا الکترودهایم محکم تر در جای خود قرار گیرند و از لمس آنها به یکدیگر یا شیشه جلوگیری شود.
• نمک سفره (NaCl)
• شیر آب

مرحله 1: محلول نمک خود را آماده کنید

من از قاشق غذاخوری برای اندازه گیری نمک و یک فنجان اندازه گیری با 50 میلی لیتر برای اندازه گیری آب هنگام تهیه محلول نمک استفاده کردم. من از نمک یددار مارک Clover Valley استفاده کردم. 3 قاشق غذاخوری نمک اندازه گیری کردم ، نمک را به یک فنجان اندازه گیری اضافه کردم و فنجان اندازه گیری را تا 250 میلی لیتر با آب لوله کشی پر کردم. یک قاشق غذاخوری آمریکایی تقریباً 14.7868 میلی لیتر است ، بنابراین 3 قاشق غذاخوری تقریباً 44.3604 میلی لیتر است. چگالی سدیم کلراید 2.16 گرم در سانتی متر^3 است. حجم و چگالی را برای تعیین جرم NaCl ، که 95.82 گرم بود ، ضرب کردم. جرم مولی NaCl 58.44 گرم بر مول است ، بنابراین خالص NaCl 1.64 مول است. 1.64 مول تقسیم بر حجم کل 250 میلی لیتر یا 0.250 لیتر منجر به محلول NaCl 6.56 می شود. اگر هیچ وسیله فانتزی در اختیار ندارید ، به این ترتیب می خواهم غلظت نمونه نمک شما را پیدا کنم.

مرحله 2: سلول الکتروشیمیایی را راه اندازی کنید

• همانطور که قبلاً گفتم ، من از یک شیشه ادویه با سوراخ های وسیع در قسمت بالا برای تزریق آب نمک با یک سرنگ دارویی استفاده کردم. هر نوع رگ باید کار کند ، اما بهترین کار این است که بتوانید الکترودها و محلول خود را معلق کرده و بتوانید آنها را در جایی قرار دهید که به یکدیگر یا دیوارهای ظرف دست نزنند.
• دو گیره کاغذ را باز و راست کردم تا کاتد و آندم درست شود. من همچنین آنها را با کاغذ سنباده صیقل دادم تا مطمئن شوم روکشی وجود ندارد که به عنوان عایق عمل کند. من لوله های کوچک را با برش یک نی در هشتم ساختم. من از لوله های نی در سوراخ های شیشه ادویه که کاتد و آند در آن قرار گرفته بودند استفاده کردم تا مطمئن شوم وقتی که گیره های تمساح را می چسبانم در جای خود می مانند. امیدوارم تصویر به تجسم این امر کمک کند.
• بهتر است کاتد و آند در سطح عمق مشابهی در محلول باشند.
• آب را به شیشه ادویه اضافه کنید ، جایی که الکترودها تا حدی در آب غوطه ور شده اند ، حداقل یک سانتی متر در آب می گویم. می خواهید جایی را در ظرف بگذارید که محلول نمک را به آن تزریق کنید.

مرحله 3: مدار خود را تنظیم کنید

• من از ریزپردازنده Adafruit Metro استفاده کردم ، اما اکثر ریزپردازنده های موجود در بازار تا اندازه گزینه های مختلف پین مشابه هستند.

• مدار را به صورت زیر تنظیم کردم:

  • یک سیم را به 5 V. وصل کنید یک طرف گیره تمساح را به سر دیگر آن وصل کنید. طرف دیگر گیره تمساح را به یکی از الکترودهای خود وصل کنید. این آند شما خواهد بود.
  • سیم را به A0 وصل کنید و سر دیگر آن را به برد خود وصل کنید. سیم دیگری را به خط سیم متصل به A0 و برد خود اضافه کنید.
  • یک مقاومت 10 کیلو اهم را به این سیم روی برد خود وصل کنید. در انتهای دیگر مقاومت ، از سیم برای اتصال سیستم به زمین استفاده کنید.
  • سیم دیگری را روی ریزپردازنده خود و به سیم دیگر متصل به زمین روی تخته نان خود متصل کنید.
  • برای راه اندازی عکس ها را مشاهده کنید

مرحله 4: کد را کامپایل/تأیید و بارگذاری کنید

من از کد زیر استفاده می کنم که در برنامه Arduino در Examples Basics ReadAnalogVoltage ذخیره شده است. امیدوارم این کار کرد. داده ها آنطور که انتظار داشتم نبود ، زیرا با افزودن آب نمک بیشتر ولتاژ کاهش یافت. من بیشتر در مورد هدف کد فکر کردم و تصمیم گرفتم یک ولتاژ تصحیح شده را با تفریق خروجی از 5 ولت اصلی اضافه شده به سیستم انجام دهم. سپس یک منحنی کالیبراسیون با استفاده از غلظت (محاسبه شده- در مرحله بعد در مورد آن صحبت خواهم کرد) و ولتاژ تصحیح شده را ایجاد کردم ، که اکنون نشان می دهد که ولتاژ با افزودن نمک افزایش می یابد. اگر کسی در مورد جایی که من اشتباه کرده ام راهنمایی می کند لطفاً به من اطلاع دهید.

جالب اینجاست که هر زمان که کاتد یا آند را از محلول حذف می کردم ، مانیتور سریال خروجی 5.00 ولت را می خواند.

مرحله 5: تجزیه و تحلیل داده ها

• غلظت نمک اضافه شده برای هر تزریق با ضرب مولاری محلول نمک در حجم تزریق (یعنی 1 میلی لیتر = 0.001 لیتر) ، و سپس تقسیم بر حجم کل حاصل می شود (بنابراین فرض کنید شما شروع با 250 میلی لیتر = 0.250 L ، حجم کل تزریق اول 0.251 لیتر است). سپس غلظت را با تقسیم (0.001L*مولاریت)/(حجم کل یا 0.251 لیتر) محاسبه می کنید.
• غلظت محلول نمونه را پس از هر بار افزودن محلول نمک محاسبه کنید.
• ولتاژ را با کم کردن ولتاژ خروجی از 5.00 ولت اولیه تصحیح کردم. این به من منحنی کالیبراسیون مثبت غلظت در مقابل ولتاژ را که انتظار داشتم داد ، زیرا افزودن الکترولیت در محلول باید مقاومت محلول را کاهش داده و جریان را جریان دهد موثرتر.
• توجه: برای نمودارهای من محدوده خطی وحشتناک است. من اکیداً توصیه می کنم که محلول NaCl با غلظت بسیار کمتر یا از حجم تزریق کوچکتر استفاده کنید. من در ابتدای آزمایش تشخیص را به حداکثر رساندم.
• نمک های یونی دیگر را می توان در آب حل کرد و با همین روش استفاده کرد. اگر نمک اپسوم داشتم ، آزمایشاتی انجام می دادم.

منابع:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

این صفحات به من کمک کردند تا بفهمم چگونه می توان انتظار داشت که با افزایش غلظت الکتریسیته به محلول نمک ، ولتاژ تغییر کند.