Mini cellule électrolytique : 5 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

J'ai travaillé sur ce projet pour mon cours de chimie instrumentale. Mon objectif était de mesurer la tension détectée par une cathode dans l'eau salée. J'ai effectué une addition standard d'environ 6,6 M d'eau salée, avec des injections de 1 ml à l'aide d'une seringue médicinale.

Fournitures

• Éprouvette graduée, pipette volumétrique, micropipette, etc. pour mesurer le volume. J'ai utilisé une seringue à médicament avec des marques de 0,2 ml.
• Microprocesseur, c'est-à-dire périphérique Arduino
• assortiment de fils mâle-mâle et femelle-mâle
• deux pinces crocodiles
• planche à pain
• Résistance de 10 kohms ou similaire pour diviseur de tension
• Récipient pour l'électrolyse. J'ai utilisé un vieux pot à épices et cela a plutôt bien fonctionné
• Deux trombones pour fabriquer les électrodes de cathode et d'anode. J'ai également coupé une paille en sections juste pour maintenir mes électrodes en place plus solidement et les empêcher de se toucher ou de toucher le verre.
• Sel de table (NaCl)
• L'eau du robinet

Étape 1: préparez votre solution saline

J'ai utilisé des cuillères à soupe pour mesurer les quantités de sel et une tasse à mesurer avec des marques de 50 ml pour mesurer l'eau lors de la préparation de ma solution saline. J'ai utilisé du sel iodé de la marque Clover Valley. J'ai mesuré 3 cuillères à soupe de sel, ajouté le sel dans une tasse à mesurer et rempli la tasse à mesurer à 250 ml avec de l'eau du robinet. 1 cuillère à soupe américaine équivaut à environ 14,7868 ml, donc 3 cuillères à soupe équivaut à environ 44,3604 ml. La densité du chlorure de sodium est de 2,16 g/cm^3. J'ai multiplié le volume et la densité pour déterminer la masse de NaCl, qui était de 95,82 g. La masse molaire de NaCl est de 58,44 g/mol, donc les moles de NaCl étaient de 1,64 mol. 1,64 mole divisé par le volume total de 250 ml ou 0,250 L a donné une solution de NaCl 6,56 M. C'est ainsi que je procéderais pour trouver la concentration de votre échantillon de sel si vous n'avez pas d'équipement sophistiqué à votre disposition.

Étape 2: Configurer la cellule électrochimique

• Comme je l'ai dit précédemment, j'ai utilisé un pot à épices avec des trous suffisamment larges au sommet pour m'injecter de l'eau salée avec une seringue médicinale. Tout type de récipient devrait fonctionner, mais il est préférable de pouvoir suspendre vos électrodes et votre solution et de pouvoir les positionner là où ils ne se touchent pas ni les parois du récipient.
• J'ai déplié et redressé deux trombones pour faire ma cathode et mon anode. Je les ai également polies avec du papier de verre pour m'assurer qu'il n'y avait pas de revêtement qui agirait comme un isolant. J'ai fait des petits tubes en coupant une paille en huitièmes. J'ai utilisé les tubes de paille dans les trous des pots à épices où la cathode et l'anode ont été placées pour m'assurer qu'elles restent en place lorsque j'ai attaché les pinces crocodiles. Espérons que l'image aidera à la visualisation de cela.
• Il est préférable que la cathode et l'anode se trouvent à un niveau de profondeur similaire dans la solution.
• Ajoutez de l'eau dans le pot à épices à l'endroit où les électrodes sont partiellement immergées dans l'eau, au moins un cm dans l'eau, je dirais. Vous voulez laisser de la place dans le récipient pour y injecter une solution saline.

Étape 3: Configurez votre circuit

• J'ai utilisé un microprocesseur Metro Adafruit, mais la plupart des microprocesseurs sur le marché sont similaires en ce qui concerne les différentes options de broche.

• J'ai monté le circuit comme suit:

  • Connectez un fil à 5 V. Attachez un côté d'une pince crocodile à l'autre extrémité. Attachez l'autre côté de la pince crocodile à l'une de vos électrodes. Ce sera votre anode.
  • Connectez un fil à A0 et connectez l'autre extrémité à votre carte. Ajoutez un autre fil en ligne avec le fil connecté à A0 et à votre carte.
  • Connectez une résistance de 10 kOhm à ce fil sur votre carte. À l'autre extrémité de la résistance, utilisez un fil pour connecter le système à la terre.
  • Connectez un autre fil à la terre sur votre microprocesseur et à côté de votre autre fil connecté à la terre sur votre maquette.
  • Voir les photos pour l'installation

Étape 4: Compiler/vérifier et télécharger le code

J'ai utilisé le code suivant qui est enregistré sur l'application Arduino sous Exemples de base ReadAnalogVoltage. J'espère que cela a fonctionné. Les données ne correspondaient pas à mes attentes, car la tension diminuait à mesure que de l'eau salée était ajoutée. J'ai réfléchi un peu plus à l'objectif du code et j'ai décidé de corriger la tension en soustrayant la sortie des 5 V d'origine ajoutés au système. J'ai ensuite fait une courbe d'étalonnage en utilisant la concentration (calculée - j'en parlerai à l'étape suivante) et la tension corrigée, qui montre maintenant que la tension augmente avec l'ajout de sel. Si quelqu'un a des conseils sur l'endroit où je me suis trompé, merci de me le faire savoir.

Fait intéressant, chaque fois que je retirais la cathode ou l'anode de la solution, le moniteur série lisait une sortie de 5,00 V.

Étape 5: Analyser les données

• La concentration de sel ajoutée pour chaque injection se trouve en multipliant la molarité de votre solution saline par le volume d'injection (c'est-à-dire 1 mL=0,001 L), puis en divisant par le volume total (disons que vous commencez avec 250 mL=0,250 L, le volume total pour la première injection est de 0,251 L). Vous calculeriez ensuite la concentration en divisant (0,001 L*la molarité)/(volume total ou 0,251 L)
• Calculer la concentration de la solution échantillon après chaque addition de solution saline.
• J'ai corrigé la tension en soustrayant la tension de sortie des 5,00 V initiaux. Cela m'a donné la courbe d'étalonnage positive de la concentration en fonction de la tension à laquelle je m'attendais, car l'ajout d'électrolyte en solution devrait diminuer la résistance de la solution et permettre au courant de circuler plus efficacement.
• Remarque: pour mes graphiques, la plage linéaire est horrible. Je recommanderais fortement de préparer une solution de NaCl avec une concentration beaucoup plus faible ou d'utiliser des volumes d'injection plus petits. J'ai maximisé la détection au début de l'expérience.
• D'autres sels ioniques pourraient être dissous dans l'eau et utilisés avec cette même procédure. J'aurais fait des essais avec du sel d'Epsom si j'en avais eu.

Les références:

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Ch…

Ces pages m'ont aidé à comprendre comment s'attendre à ce que la tension change lorsque de l'électricité a été ajoutée à une solution saline à des concentrations croissantes.