Mini célula eletrolítica: 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Tenho trabalhado neste projeto para o meu curso de Química Instrumental. Meu objetivo era medir a voltagem detectada por um cátodo em água salgada. Realizei uma adição padrão de aproximadamente 6,6 M de água salgada, com injeções de 1 mL usando uma seringa medicinal.

Suprimentos

• Cilindro graduado, pipeta volumétrica, micropipeta, etc. para medir o volume. Usei uma seringa de remédio com marcações de 0,2 mL.
• Microprocessador, ou seja, dispositivo Arduino
• variedade de fios macho-macho e fêmea-macho
• duas pinças de crocodilo
• tábua de pão
• Resistor de 10 kohm ou similar para divisor de tensão
• Vaso para eletrólise. Usei uma jarra de temperos velha e funcionou muito bem
• Dois clipes de papel para fazer os eletrodos cátodo e ânodo. Também cortei um canudo em seções apenas para segurar meus eletrodos com mais segurança no lugar e evitar que eles toquem um no outro ou no vidro.
• Sal de mesa (NaCl)
• Água da torneira

Etapa 1: Prepare sua solução de sal

Usei colheres de sopa para medir a quantidade de sal e um copo medidor com marcas de 50 mL para medir a água ao preparar minha solução de sal. Usei sal iodado da marca Clover Valley. Eu medi 3 colheres de sopa de sal, adicionei o sal a um copo medidor e enchi o copo medidor até 250 mL com água da torneira. 1 colher de sopa dos EUA é aproximadamente 14,7868 mL, então 3 colheres de sopa é aproximadamente 44,3604 mL. A densidade do cloreto de sódio é 2,16 g / cm ^ 3. Multipliquei o volume e a densidade para determinar a massa de NaCl, que era de 95,82 g. A massa molar de NaCl é 58,44 g / mol, então os moles de NaCl eram 1,64 mol. 1,64 moles dividido pelo volume total de 250 mL ou 0,250 L resultou em uma solução de NaCl 6,56 M. É assim que eu faria para encontrar a concentração de sua amostra de sal se você não tiver nenhum equipamento sofisticado à sua disposição.

Etapa 2: configurar a célula eletroquímica

• Como eu disse anteriormente, usei um frasco de temperos com orifícios largos o suficiente na parte superior para injetar água salgada com uma seringa medicinal. Qualquer tipo de recipiente deve funcionar, mas é melhor ser capaz de suspender seus eletrodos e solução e ser capaz de posicioná-los onde não toquem um no outro ou nas paredes do recipiente.
• Desdobrei e endireitei dois clipes de papel para fazer meu cátodo e ânodo. Eu também os poli com uma lixa para ter certeza de que não havia revestimento que agisse como isolante. Fiz pequenos tubos cortando um canudo em oitavos. Usei tubos de canudo nos orifícios do frasco de especiarias, onde o cátodo e o ânodo foram colocados, para garantir que ficassem no lugar quando coloquei as pinças de crocodilo. Esperançosamente, a imagem ajudará na visualização disso.
• É melhor que o cátodo e o ânodo estejam em um nível de profundidade semelhante na solução.
• Adicione água ao jarro de especiarias onde os eletrodos estão parcialmente submersos em água, pelo menos um centímetro na água, eu diria. Você deseja deixar algum espaço no recipiente para quando injetar uma solução de sal nele.

Etapa 3: Configure o seu circuito

• Usei um microprocessador Adafruit Metro, mas a maioria dos microprocessadores no mercado são semelhantes quanto às diferentes opções de pinos.

• Eu configurei o circuito da seguinte maneira:

  • Conecte um fio a 5 V. Prenda um lado de uma garra jacaré na outra extremidade. Prenda o outro lado da garra jacaré em um de seus eletrodos. Este será o seu ânodo.
  • Conecte um fio a A0 e conecte a outra extremidade à sua placa. Adicione outro fio alinhado com o fio conectado a A0 e sua placa.
  • Conecte um resistor de 10 kOhm a este fio em sua placa. Na outra extremidade do resistor, use um fio para conectar o sistema ao aterramento.
  • Conecte outro fio ao aterramento em seu microprocessador e próximo ao outro fio conectado ao aterramento em sua placa de ensaio.
  • Veja as fotos para configurar

Etapa 4: compilar / verificar e fazer upload do código

Usei o seguinte código que é salvo no aplicativo Arduino em Exemplos Básicos ReadAnalogVoltage. Espero que tenha funcionado. Os dados não foram os esperados, pois a voltagem diminuiu conforme mais água salgada era adicionada. Pensei mais um pouco no propósito do código e decidi fazer uma tensão corrigida subtraindo a saída dos 5 V originais adicionados ao sistema. Em seguida, fiz uma curva de calibração usando a concentração (calculada - falarei sobre ela na próxima etapa) e a tensão corrigida, que agora mostra a tensão aumentando com a adição de sal. Se alguém tiver algum conselho sobre onde posso ter errado, por favor me avise.

Curiosamente, sempre que removo o cátodo ou ânodo da solução, o monitor serial lê uma saída de 5,00 V.

Etapa 5: Analisando os dados

• A concentração de sal adicionado para cada injeção é encontrada multiplicando-se a molaridade de sua solução de sal pelo volume de injeção (ou seja, 1 mL = 0,001 L) e, em seguida, dividindo pelo volume total (digamos que você comece com 250 mL = 0,250 L, o volume total para a primeira injeção é 0,251 L). Você então calcularia a concentração dividindo (0,001L * a molaridade) / (volume total ou 0,251 L)
• Calcule a concentração da solução de amostra após cada adição de solução de sal.
• Corrigi a tensão subtraindo a tensão de saída dos 5,00 V. iniciais. Isso me deu a curva de calibração positiva de concentração vs. tensão que eu esperava, uma vez que a adição de eletrólito na solução deve diminuir a resistência da solução e permitir que a corrente flua mais efetivamente.
• Nota: para meus gráficos, o intervalo linear é horrível. Eu recomendo fazer uma solução de NaCl com uma concentração muito menor ou usar volumes de injeção menores. Aumentei o limite de detecção no início do experimento.
• Outros sais iônicos podem ser dissolvidos em água e usados com o mesmo procedimento. Eu teria feito testes com sal de epsom se tivesse algum.

Referências:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Essas páginas me ajudaram a entender como esperar que a voltagem mude quando a eletricidade for adicionada à solução de sal em concentrações crescentes.