خلية التحليل الكهربائي المصغرة: 5 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

لقد كنت أعمل في هذا المشروع لدورة الكيمياء الآلية الخاصة بي. كان هدفي هو قياس الجهد الذي يكتشفه القطب السالب في المياه المالحة. لقد أجريت إضافة قياسية لحوالي 6.6 متر من الماء المالح ، مع حقن 1 مل باستخدام حقنة طبية.

اللوازم

• أسطوانة متدرجة ، ماصة حجمية ، ميكروبيتر ، إلخ. لقياس الحجم. لقد استخدمت حقنة طبية بعلامات 0.2 مل.
• المعالج الدقيق ، أي جهاز Arduino
• مجموعة متنوعة من الأسلاك من ذكر إلى ذكر ومن أنثى إلى ذكر
• مقطعين من التمساح
• اللوح
• 10 kohm المقاوم أو ما شابه ذلك لمقسم الجهد
• وعاء للتحليل الكهربائي. لقد استخدمت برطمان توابل قديم وكان ذلك ناجحًا جدًا
• مشبكان ورقيان لعمل قطبي القطب السالب والأنود. قمت أيضًا بتقطيع القش إلى أقسام لمجرد تثبيت الأقطاب الكهربائية الخاصة بي بشكل أكثر أمانًا في مكانها ، ومنعهم من لمس بعضهم البعض أو الزجاج.
• ملح الطعام (كلوريد الصوديوم)
• ماء الصنبور

الخطوة 1: تحضير محلول الملح

لقد استخدمت ملاعق كبيرة لقياس كميات الملح وكوب قياس بعلامات 50 مل لقياس الماء عند صنع محلول الملح. لقد استخدمت الملح المعالج باليود من ماركة Clover Valley. قمت بقياس 3 ملاعق كبيرة من الملح ، وأضفت الملح إلى كوب قياس وملأت كوب القياس إلى 250 مل من ماء الصنبور. 1 ملعقة كبيرة من الولايات المتحدة تساوي 14.7868 مل تقريبًا ، لذا فإن 3 ملاعق كبيرة تساوي 44.3604 مل تقريبًا. كثافة كلوريد الصوديوم 2.16 جم / سم ^ 3. لقد قمت بضرب الحجم والكثافة لأحسب كتلة كلوريد الصوديوم والتي كانت 95.82 جم. الكتلة المولية لـ NaCl هي 58.44 جم / مول ، لذلك كانت مولات كلوريد الصوديوم 1.64 مول. 1.64 مول مقسومًا على الحجم الإجمالي 250 مل أو 0.250 لتر ينتج عنه محلول كلوريد الصوديوم 6.56 مولار. هذه هي الطريقة التي سأقوم بها لإيجاد تركيز عينة الملح الخاصة بك إذا لم يكن لديك أي معدات فاخرة تحت تصرفك.

الخطوة 2: قم بإعداد الخلية الكهروكيميائية

• كما قلت سابقًا ، استخدمت برطمان توابل به فتحات واسعة كافية في الأعلى لحقن الماء المالح بحقنة طبية. يجب أن يعمل أي نوع من الأوعية ، ولكن من الأفضل أن تكون قادرًا على تعليق الأقطاب الكهربائية والمحلول الخاص بك وأن تكون قادرًا على وضعها في مكان لا يلمس فيهما بعضهما البعض أو جدران الحاوية.
• قمت بفتح وتصويب مشبكين ورقيين لصنع الكاثود والأنود. لقد قمت أيضًا بتلميعها بورق الصنفرة للتأكد من عدم وجود طلاء يعمل كعازل. لقد صنعت أنابيب صغيرة بقطع القش في الثمانين. لقد استخدمت أنابيب القش في فتحات جرة التوابل حيث تم وضع الكاثود والأنود للتأكد من بقائهم في مكانهم عندما أرفقت مقاطع التمساح. نأمل أن تساعد الصورة في تصور ذلك.
• من الأفضل أن يكون الكاثود والأنود بمستوى عمق مماثل في المحلول.
• أضف الماء إلى جرة التوابل إلى حيث يتم غمر الأقطاب الكهربائية جزئيًا في الماء ، على الأقل سم في الماء. تريد ترك بعض المساحة في الوعاء عند حقن محلول الملح فيه.

الخطوة 3: قم بإعداد الدوائر الخاصة بك

• لقد استخدمت معالجًا دقيقًا Adafruit Metro ، لكن معظم المعالجات الدقيقة في السوق متشابهة بقدر خيارات الدبوس المختلفة.

• قمت بإعداد الدائرة على النحو التالي:

  • قم بتوصيل سلك بـ 5 فولت. قم بتوصيل أحد جانبي مقطع التمساح بالطرف الآخر. اربط الجانب الآخر من مشبك التمساح بأحد الأقطاب الكهربائية. سيكون هذا الأنود الخاص بك.
  • قم بتوصيل سلك بـ A0 وقم بتوصيل الطرف الآخر بلوحك. أضف سلكًا آخر يتماشى مع السلك المتصل بـ A0 ولوحك.
  • قم بتوصيل المقاوم 10 kOhm بهذا السلك على لوحك. على الطرف الآخر من المقاوم ، استخدم سلكًا لتوصيل النظام بالأرض.
  • قم بتوصيل سلك آخر بالأرض على المعالج الدقيق وبجوار السلك الآخر المتصل بالأرض على لوح التجارب.
  • انظر الصور لاقامة

الخطوة 4: تجميع / التحقق وتحميل التعليمات البرمجية

لقد استخدمت الكود التالي الذي تم حفظه في تطبيق Arduino ضمن أمثلة أساسيات ReadAnalogVoltage. أتمنى أن يكون هذا قد نجح. لم تكن البيانات كما توقعت ، حيث انخفض الجهد مع إضافة المزيد من المياه المالحة. فكرت في الغرض من الكود أكثر وقررت القيام بجهد مصحح عن طريق طرح الإخراج من 5 فولت الأصلي المضافة إلى النظام. ثم قمت بعمل منحنى معايرة باستخدام التركيز (المحسوب - سأتحدث عنه في الخطوة التالية) والجهد المصحح ، والذي يظهر الآن زيادة الجهد مع إضافة الملح. إذا كان لدى أي شخص بعض النصائح حول المكان الذي ربما أخطأت فيه ، فيرجى إبلاغي بذلك.

ومن المثير للاهتمام ، أنه كلما قمت بإزالة الكاثود أو الأنود من المحلول ، تقرأ الشاشة التسلسلية مخرجات تبلغ 5.00 فولت.

الخطوة الخامسة: تحليل البيانات

• تم العثور على تركيز الملح المضاف لكل حقنة بضرب مولارية محلول الملح في حجم الحقن (أي 1 مل = 0.001 لتر) ، ثم القسمة على الحجم الإجمالي (لنفترض أنك بدأت بـ 250 مل = 0.250 L ، الحجم الإجمالي للحقن الأول هو 0.251 لتر). يمكنك بعد ذلك حساب التركيز بقسمة (0.001 لتر * المولارية) / (الحجم الإجمالي أو 0.251 لتر)
• احسب تركيز محلول العينة بعد كل إضافة لمحلول ملح.
• لقد قمت بتصحيح الجهد بطرح جهد الخرج من 5.00 فولت في البداية ، وهذا أعطاني منحنى المعايرة الموجب للتركيز مقابل الجهد الذي كنت أتوقعه ، نظرًا لأن إضافة الإلكتروليت في المحلول يجب أن يقلل من مقاومة المحلول ويسمح للتيار بالتدفق أكثر فعالية.
• ملاحظة: بالنسبة إلى الرسوم البيانية الخاصة بي ، فإن النطاق الخطي مروع. أوصي بشدة بصنع محلول كلوريد الصوديوم بتركيز أصغر بكثير أو باستخدام أحجام حقن أصغر. لقد وصلت إلى الحد الأقصى من الاكتشاف مبكرًا في التجربة.
• يمكن إذابة أملاح أيونية أخرى في الماء واستخدامها بنفس الإجراء. كنت سأجري تجارب مع ملح إبسوم إذا كان لدي أي منها.

مراجع:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

ساعدتني هذه الصفحات في فهم كيفية توقع تغير الجهد عند إضافة الكهرباء إلى محلول الملح بتركيزات متزايدة.