Mini celda electrolítica: 5 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

He estado trabajando en este proyecto para mi curso de Química Instrumental. Mi objetivo era medir el voltaje detectado por un cátodo en agua salada. Realicé una adición estándar de aproximadamente 6,6 M de agua salada, con inyecciones de 1 ml usando una jeringa medicinal.

Suministros

• Probeta graduada, pipeta volumétrica, micropipeta, etc. para medir volumen. Usé una jeringa para medicamentos con marcas de 0,2 ml.
• Microprocesador, es decir, dispositivo Arduino
• surtido de cables macho a macho y hembra a macho
• dos pinzas de cocodrilo
• tablero de circuitos
• Resistencia de 10 kohmios o similar para divisor de voltaje
• Recipiente para electrólisis. Usé un viejo frasco de especias y funcionó bastante bien.
• Dos sujetapapeles para hacer los electrodos de cátodo y ánodo. También corté una pajita en secciones solo para sujetar mis electrodos de manera más segura en su lugar y evitar que se toquen entre sí o con el vidrio.
• Sal de mesa (NaCl)
• Agua del grifo

Paso 1: Prepare su solución salina

Usé cucharadas para medir las cantidades de sal y una taza medidora con marcas de 50 ml para medir el agua al preparar mi solución salina. Usé sal yodada de la marca Clover Valley. Medí 3 cucharadas de sal, agregué la sal a una taza medidora y llené la taza medidora hasta 250 ml con agua del grifo. 1 cucharada estadounidense es aproximadamente 14,7868 ml, por lo que 3 cucharadas son aproximadamente 44,3604 ml. La densidad del cloruro de sodio es 2,16 g / cm ^ 3. Multipliqué el volumen y la densidad para determinar la masa de NaCl, que era 95,82 g. La masa molar de NaCl es 58,44 g / mol, por lo que los moles de NaCl fueron 1,64 mol. 1,64 moles divididos por el volumen total de 250 mL o 0,250 L dieron como resultado una solución de NaCl 6,56 M. Así es como yo buscaría la concentración de su muestra de sal si no tiene ningún equipo sofisticado a su disposición.

Paso 2: Configure la celda electroquímica

• Como dije anteriormente, usé un frasco de especias con orificios lo suficientemente anchos en la parte superior para inyectar agua salada con una jeringa medicinal. Cualquier tipo de recipiente debería funcionar, pero es mejor poder suspender los electrodos y la solución y poder colocarlos donde no se toquen entre sí ni con las paredes del recipiente.
• Desdoblé y enderecé dos sujetapapeles para hacer mi cátodo y ánodo. También los pulí con papel de lija para asegurarme de que no hubiera ningún recubrimiento que pudiera actuar como aislante. Hice pequeños tubos cortando una pajita en octavos. Usé los tubos de paja en los orificios del frasco de especias donde se colocaron el cátodo y el ánodo para asegurarme de que permanecieran en su lugar cuando coloqué las pinzas de cocodrilo. Es de esperar que la imagen ayude a visualizar esto.
• Es mejor que el cátodo y el ánodo estén a un nivel de profundidad similar en la solución.
• Agregue agua al frasco de especias donde los electrodos están parcialmente sumergidos en agua, al menos un cm en el agua, diría. Desea dejar algo de espacio en el recipiente para cuando le inyecte la solución salina.

Paso 3: Configure sus circuitos

• Usé un microprocesador Adafruit Metro, pero la mayoría de los microprocesadores en el mercado son similares en cuanto a las diferentes opciones de pines.

• Configuré el circuito de la siguiente manera:

  • Conecte un cable a 5 V. Conecte un lado de una pinza de cocodrilo al otro extremo. Conecte el otro lado de la pinza de cocodrilo a uno de sus electrodos. Este será tu ánodo.
  • Conecte un cable a A0 y conecte el otro extremo a su placa. Agregue otro cable en línea con el cable conectado a A0 y su placa.
  • Conecte una resistencia de 10 kOhmios a este cable en su placa. En el otro extremo de la resistencia, use un cable para conectar el sistema a tierra.
  • Conecte otro cable a tierra en su microprocesador y al lado de su otro cable conectado a tierra en su tablero.
  • Ver fotos para configurar

Paso 4: compile / verifique y cargue el código

Utilicé el siguiente código que se guarda en la aplicación Arduino en Examples Basics ReadAnalogVoltage. Espero que esto haya funcionado. Los datos no fueron los que esperaba, ya que el voltaje disminuyó a medida que se agregó más agua salada. Pensé un poco más en el propósito del código y decidí hacer un voltaje corregido restando la salida de los 5 V originales agregados al sistema. Luego hice una curva de calibración usando la concentración (calculada, hablaré en el siguiente paso) y el voltaje corregido, que ahora muestra que el voltaje aumenta con la adición de sal. Si alguien tiene algún consejo sobre dónde podría haberme equivocado, hágamelo saber.

Curiosamente, cada vez que quité el cátodo o el ánodo de la solución, el monitor en serie leyó una salida de 5,00 V.

Paso 5: Analizar los datos

• La concentración de sal agregada para cada inyección se calcula multiplicando la molaridad de la solución salina por el volumen de la inyección (es decir, 1 mL = 0.001 L) y luego dividiendo por el volumen total (digamos que comienza con 250 mL = 0.250 L, el volumen total para la primera inyección es 0.251 L). Luego, calcularía la concentración dividiendo (0.001L * la molaridad) / (volumen total o 0.251 L)
• Calcule la concentración de la solución de muestra después de cada adición de solución salina.
• Corregí el voltaje restando el voltaje de salida de los 5,00 V iniciales. Esto me dio la curva de calibración positiva de concentración frente a voltaje que esperaba, ya que la adición de electrolito en la solución debería disminuir la resistencia de la solución y permitir que fluya la corriente. más eficazmente.
• Nota: para mis gráficos, el rango lineal es horrible. Recomiendo encarecidamente hacer una solución de NaCl con una concentración mucho menor o usar volúmenes de inyección más pequeños. Llegué al máximo de detección al principio del experimento.
• Otras sales iónicas podrían disolverse en agua y usarse con este mismo procedimiento. Habría hecho pruebas con sal de Epsom si tuviera alguna.

Referencias:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Estas páginas me ayudaron a entender cómo esperar que cambie el voltaje cuando se agrega electricidad a la solución salina en concentraciones crecientes.