เซลล์อิเล็กโทรไลต์ขนาดเล็ก: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ฉันได้ทำงานในโครงการนี้สำหรับหลักสูตรเคมีเครื่องมือของฉัน เป้าหมายของฉันคือการวัดแรงดันไฟฟ้าที่ตรวจพบโดยแคโทดในน้ำเกลือ ฉันทำการเติมน้ำเกลือมาตรฐานประมาณ 6.6 โมลาร์ โดยฉีด 1 มล. โดยใช้เข็มฉีดยาทางการแพทย์

เสบียง

• กระบอกสูบไล่ระดับ ปิเปตปริมาตร ไมโครปิเปต ฯลฯ เพื่อวัดปริมาตร ฉันใช้เข็มฉีดยาที่มีเครื่องหมาย 0.2 มล.
• ไมโครโปรเซสเซอร์ เช่น อุปกรณ์ Arduino
• การแบ่งประเภทสายตัวผู้ต่อตัวผู้และตัวเมียต่อตัวผู้
• คลิปจระเข้สองตัว
• เขียงหั่นขนม
• ตัวต้านทาน 10 kohm หรือใกล้เคียงสำหรับตัวแบ่งแรงดัน
• เรือสำหรับอิเล็กโทรไลซิส ฉันใช้โถเครื่องเทศแบบเก่าและมันใช้ได้ดีทีเดียว
• คลิปหนีบกระดาษสองอันสำหรับทำขั้วแคโทดและขั้วบวก ฉันยังตัดฟางเป็นท่อนๆ เพื่อยึดอิเล็กโทรดของฉันให้แน่นยิ่งขึ้น และป้องกันไม่ให้พวกมันแตะกันหรือกระจก
• เกลือแกง (NaCl)
• น้ำประปา

ขั้นตอนที่ 1: เตรียมสารละลายเกลือของคุณ

ฉันใช้ช้อนโต๊ะวัดปริมาณเกลือและถ้วยตวงที่มีเครื่องหมาย 50 มล. เพื่อวัดน้ำเมื่อทำสารละลายเกลือ ฉันใช้เกลือเสริมไอโอดีนจากแบรนด์ Clover Valley ฉันตวงเกลือ 3 ช้อนโต๊ะ เติมเกลือลงในถ้วยตวงแล้วเติมน้ำประปาลงในถ้วยตวง 250 มล. 1 ช้อนโต๊ะของสหรัฐอเมริกามีค่าประมาณ 14.7868 มล. ดังนั้น 3 ช้อนโต๊ะจะอยู่ที่ประมาณ 44.3604 มล. ความหนาแน่นของโซเดียมคลอไรด์คือ 2.16 ก./ซม.^3 ฉันคูณปริมาตรและความหนาแน่นเพื่อหามวลของ NaCl ซึ่งเท่ากับ 95.82 กรัม มวลโมลาร์ของ NaCl คือ 58.44 ก./โมล ดังนั้น โมลของ NaCl คือ 1.64 โมล 1.64 โมลหารด้วยปริมาตรทั้งหมด 250 มล. หรือ 0.250 ลิตรทำให้เกิดสารละลาย NaCl 6.56 โมล นี่คือวิธีที่ฉันจะหาความเข้มข้นของตัวอย่างเกลือของคุณ ถ้าคุณไม่มีอุปกรณ์แฟนซี

ขั้นตอนที่ 2: ตั้งค่าเซลล์ไฟฟ้าเคมี

• อย่างที่ฉันพูดไปก่อนหน้านี้ ฉันใช้ขวดเครื่องเทศที่มีรูกว้างพอที่ด้านบนเพื่อฉีดน้ำเกลือด้วยเข็มฉีดยา เรือประเภทใดก็ได้ควรใช้งานได้ แต่วิธีที่ดีที่สุดคือสามารถระงับอิเล็กโทรดและสารละลายของคุณ และสามารถจัดวางในตำแหน่งที่ไม่สัมผัสกันหรือผนังของภาชนะ
• ฉันคลี่และยืดคลิปหนีบกระดาษสองอันเพื่อทำแคโทดและแอโนดของฉัน ฉันยังขัดมันด้วยกระดาษทรายเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีสารเคลือบที่จะทำหน้าที่เป็นฉนวน ฉันทำหลอดเล็ก ๆ โดยตัดฟางเป็นแปด ฉันใช้หลอดฟางในรูโถใส่เครื่องเทศที่วางแคโทดและแอโนดไว้เพื่อให้แน่ใจว่าจะอยู่กับที่เมื่อฉันติดคลิปจระเข้ หวังว่าภาพจะช่วยให้เห็นภาพนี้
• ทางที่ดีที่สุดคือให้แคโทดและแอโนดมีระดับความลึกใกล้เคียงกันในสารละลาย
• เติมน้ำลงในโถเครื่องเทศซึ่งอิเล็กโทรดจุ่มลงในน้ำบางส่วน อย่างน้อยในน้ำที่ฉันพูดได้ประมาณ 1 ซม. คุณต้องการเว้นที่ว่างในภาชนะไว้เมื่อคุณฉีดสารละลายเกลือลงไป

ขั้นตอนที่ 3: ตั้งค่าวงจรของคุณ

• ฉันใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ Adafruit Metro แต่ไมโครโปรเซสเซอร์ส่วนใหญ่ในตลาดมีความคล้ายคลึงกันถึงตัวเลือกพินที่แตกต่างกัน

• ฉันตั้งค่าวงจรดังนี้:

  • ต่อสายไฟเข้ากับ 5 V. ติดด้านหนึ่งของคลิปจระเข้เข้ากับปลายอีกด้านหนึ่ง ติดอีกด้านหนึ่งของคลิปจระเข้เข้ากับอิเล็กโทรดของคุณ นี่จะเป็นขั้วบวกของคุณ
  • ต่อสายไฟเข้ากับ A0 และต่อปลายอีกด้านหนึ่งเข้ากับบอร์ดของคุณ เพิ่มสายอื่นให้สอดคล้องกับสายที่เชื่อมต่อกับ A0 และบอร์ดของคุณ
  • เชื่อมต่อตัวต้านทาน 10 kOhm กับสายนี้บนบอร์ดของคุณ ที่ปลายอีกด้านหนึ่งของตัวต้านทาน ให้ใช้สายเชื่อมต่อระบบกับกราวด์
  • เชื่อมต่อสายอื่นเข้ากับกราวด์บนไมโครโปรเซสเซอร์และถัดจากสายอื่นที่เชื่อมต่อกับกราวด์บนเขียงหั่นขนมของคุณ
  • ดูรูปประกอบ

ขั้นตอนที่ 4: รวบรวม/ตรวจสอบและอัปโหลดโค้ด

ฉันใช้รหัสต่อไปนี้ที่บันทึกไว้ในแอปพลิเคชัน Arduino ภายใต้ Examples Basics ReadAnalogVoltage ฉันหวังว่าสิ่งนี้จะได้ผล ข้อมูลไม่เป็นไปตามที่ฉันคาดไว้ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าลดลงเมื่อมีการเติมน้ำเกลือมากขึ้น ฉันคิดถึงจุดประสงค์ของโค้ดมากกว่านี้และตัดสินใจทำแรงดันไฟฟ้าที่แก้ไขโดยลบเอาต์พุตออกจาก 5 V ดั้งเดิมที่เพิ่มลงในระบบ จากนั้นฉันสร้างกราฟการปรับเทียบโดยใช้ความเข้มข้น (จากการคำนวณ - ฉันจะพูดถึงในขั้นตอนต่อไป) และแรงดันไฟฟ้าที่แก้ไข ซึ่งตอนนี้แสดงแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นด้วยการเติมเกลือ หากใครมีคำแนะนำว่าฉันอาจผิดพลาดประการใดโปรดแจ้งให้เราทราบ

ที่น่าสนใจ เมื่อใดก็ตามที่ฉันลบแคโทดหรือแอโนดออกจากโซลูชัน มอนิเตอร์แบบอนุกรมจะอ่านเอาต์พุต 5.00 V

ขั้นตอนที่ 5: การวิเคราะห์ข้อมูล

• ความเข้มข้นของเกลือที่เติมในการฉีดแต่ละครั้งจะหาได้จากการคูณโมลาริตีของสารละลายเกลือของคุณด้วยปริมาตรการฉีด (เช่น 1 มล.=0.001 ลิตร) แล้วหารด้วยปริมาตรทั้งหมด (เช่น สมมติว่าคุณเริ่มด้วย 250 มล.=0.250 L ปริมาตรรวมสำหรับการฉีดครั้งแรกคือ 0.251 ลิตร) จากนั้น คุณจะคำนวณความเข้มข้นโดยการหาร (0.001L*โมลาริตี)/(ปริมาตรทั้งหมดหรือ 0.251 ลิตร)
• คำนวณความเข้มข้นของสารละลายตัวอย่างหลังจากเติมสารละลายเกลือในแต่ละครั้ง
• ฉันแก้ไขแรงดันไฟโดยลบแรงดันเอาต์พุตออกจาก 5.00 V เริ่มต้น สิ่งนี้ให้เส้นโค้งการสอบเทียบที่เป็นบวกของความเข้มข้นเทียบกับแรงดันไฟฟ้าที่ฉันคาดหวัง เนื่องจากการเพิ่มอิเล็กโทรไลต์ในสารละลายจะลดความต้านทานของสารละลายและปล่อยให้กระแสไหล ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
• หมายเหตุ: สำหรับกราฟของฉัน ช่วงเชิงเส้นนั้นแย่มาก ฉันขอแนะนำอย่างยิ่งให้ทำสารละลาย NaCl ที่มีความเข้มข้นน้อยกว่ามากหรือใช้ปริมาตรการฉีดที่น้อยกว่า ฉันใช้การตรวจจับสูงสุดในช่วงต้นของการทดสอบ
• เกลือไอออนิกอื่นๆ สามารถละลายในน้ำและใช้กับขั้นตอนเดียวกันนี้ได้ ฉันจะทำการทดลองกับเกลือเอปซอมถ้าฉันมี

ข้อมูลอ้างอิง:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

หน้าเหล่านี้ช่วยให้ฉันเข้าใจถึงวิธีคาดหวังให้แรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงเมื่อเติมไฟฟ้าลงในสารละลายเกลือที่ความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น