Мини-электролитическая ячейка: 5 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

Я работал над этим проектом для своего курса инструментальной химии. Моей целью было измерить напряжение, обнаруживаемое катодом в соленой воде. Я выполнил стандартное добавление примерно 6,6 М соленой воды с инъекциями 1 мл с помощью медицинского шприца.

Запасы

• Градуированный цилиндр, мерная пипетка, микропипетка и т. Д. Для измерения объема. Я использовал медицинский шприц с отметками 0,2 мл.
• Микропроцессор, например, устройство Arduino
• ассортимент проводов "папа-папа" и "мама-папа"
• два зажима из кожи аллигатора
• макет
• Резистор 10 кОм или аналогичный для делителя напряжения
• Емкость для электролиза. Я использовал старую банку для специй, и она мне очень понравилась.
• Две скрепки для катодного и анодного электродов. Я также разрезаю соломинку на секции, чтобы электроды надежнее удерживались на месте и не касались друг друга или стекла.
• Поваренная соль (NaCl)
• Водопроводная вода

Шаг 1. Приготовьте солевой раствор

Я использовал столовые ложки для измерения количества соли и мерный стакан с отметками на 50 мл для измерения воды при приготовлении солевого раствора. Я использовала йодированную соль марки Clover Valley. Я отмерил 3 столовые ложки соли, добавил соль в мерный стакан и наполнил мерный стакан на 250 мл водопроводной водой. 1 столовая ложка США составляет примерно 14,7868 мл, поэтому 3 столовые ложки примерно 44,3604 мл. Плотность хлорида натрия - 2,16 г / см ^ 3. Я умножил объем и плотность, чтобы определить массу NaCl, которая составила 95,82 г. Молярная масса NaCl составляет 58,44 г / моль, поэтому количество молей NaCl составляет 1,64 моль. 1,64 моль, разделенное на общий объем 250 мл или 0,250 л, дает 6,56 М раствор NaCl. Вот как я бы подхожу к определению концентрации вашего образца соли, если в вашем распоряжении нет никакого необычного оборудования.

Шаг 2: Установите электрохимическую ячейку

• Как я уже говорил ранее, я использовал банку для специй с достаточно широкими отверстиями наверху, чтобы я мог вводить соленую воду с помощью лечебного шприца. Подойдет любой тип сосуда, но лучше всего иметь возможность подвешивать электроды и раствор и располагать их так, чтобы они не касались друг друга или стенок контейнера.
• Я развернул и расправил две скрепки, чтобы сделать катод и анод. Я также отполировал их наждачной бумагой, чтобы убедиться, что на них нет покрытия, которое могло бы действовать как изолятор. Я сделал маленькие трубочки, разрезав соломинку пополам. Я использовал трубочки из соломы в отверстиях банок для специй, где были размещены катод и анод, чтобы они оставались на месте, когда я прикреплял зажимы из крокодиловой кожи. Надеюсь, изображение поможет визуализировать это.
• Лучше всего, чтобы катод и анод находились в растворе на одинаковой глубине.
• Добавьте воду в банку со специями туда, где электроды частично погружены в воду, я бы сказал, по крайней мере, на см в воду. Вы должны оставить в сосуде место для инъекции солевого раствора.

Шаг 3: Настройте свою схему

• Я использовал микропроцессор Adafruit Metro, но большинство микропроцессоров на рынке схожи в том, что касается различных вариантов вывода.

• Я настроил схему следующим образом:

  • Подключите провод к 5 В. Присоедините одну сторону зажима крокодила к другому концу. Присоедините другую сторону зажима крокодила к одному из электродов. Это будет ваш анод.
  • Подключите провод к A0, а другой конец - к плате. Добавьте еще один провод в соответствии с проводом, подключенным к A0 и вашей плате.
  • Подключите резистор 10 кОм к этому проводу на вашей плате. На другом конце резистора используйте провод для заземления системы.
  • Подключите другой провод к заземлению на микропроцессоре и рядом с другим проводом, подключенным к заземлению на макетной плате.
  • Смотрите фото для настройки

Шаг 4. Скомпилируйте / проверьте и загрузите код

Я использовал следующий код, который сохранен в приложении Arduino в разделе Примеры основ ReadAnalogVoltage. Надеюсь, это сработало. Данные оказались не такими, как я ожидал, поскольку напряжение снижалось по мере добавления соленой воды. Я еще немного подумал о назначении кода и решил скорректировать напряжение, вычтя выходной сигнал из исходных 5 В, добавленных к системе. Затем я построил калибровочную кривую, используя концентрацию (рассчитанную - я расскажу о следующем шаге) и скорректированное напряжение, которое теперь показывает, что напряжение увеличивается с добавлением соли. Если у кого-нибудь есть совет, где я мог ошибиться, дайте мне знать.

Интересно, что всякий раз, когда я извлекал из раствора катод или анод, монитор последовательного порта считывал выходное напряжение 5,00 В.

Шаг 5: Анализ данных

• Концентрация соли, добавляемой для каждой инъекции, определяется путем умножения молярности вашего солевого раствора на объем инъекции (т. Е. 1 мл = 0,001 л), а затем деления на общий объем (допустим, вы начинаете с 250 мл = 0,250. Л, общий объем для первого впрыска 0,251 л). Затем вы должны рассчитать концентрацию, разделив (0,001 л * молярность) / (общий объем или 0,251 л)
• Рассчитайте концентрацию раствора образца после каждого добавления раствора соли.
• Я скорректировал напряжение, вычтя выходное напряжение из начальных 5,00 В. Это дало мне положительную калибровочную кривую зависимости концентрации от напряжения, которую я ожидал, поскольку добавление электролита в раствор должно снизить сопротивление раствора и позволить току течь. более эффективно.
• Примечание: для моих графиков линейный диапазон ужасен. Я настоятельно рекомендую приготовить раствор NaCl с гораздо меньшей концентрацией или использовать меньшие объемы инъекций. Я добился максимального обнаружения на ранней стадии эксперимента.
• Другие ионные соли можно растворить в воде и использовать с той же процедурой. Если бы у меня была соль, я бы попробовал ее.

Использованная литература:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Эти страницы помогли мне понять, как ожидать изменения напряжения при добавлении электричества в солевой раствор при возрастающих концентрациях.