Avogadrovo číslo nie je matematicky odvodená jednotka. Počet častíc v mole materiálu sa stanoví experimentálne. Táto metóda používa elektrochémiu na stanovenie. Možno budete chcieť skontrolovať fungovanie elektrochemické články pred pokusom o tento experiment.
účel
Cieľom je vykonať experimentálne meranie Avogadrovho čísla.
úvod
Krtek sa dá definovať ako hmotnosť látky v gramovom vzorci alebo atómová hmotnosť prvku v gramoch. V tomto experimente sa merajú tok elektrónov (prúd alebo prúd) a čas, aby sa získal počet elektrónov prechádzajúcich elektrochemickou bunkou. Počet atómov vo váženej vzorke súvisí s prietokom elektrónov na výpočet Avogadrovho čísla.
V tomto elektrolytickom článku sú obidve elektródy medené a elektrolyt je 0,5 M H2SO4. Počas elektrolýzy medená elektróda (anóda), ktoré sú pripojené k kladnému pólu napájacieho zdroja, strácajú hmotnosť, keď sa atómy medi prevádzajú na ióny medi. Strata hmoty môže byť viditeľná ako jamka na povrchu kovovej elektródy. Medené ióny tiež prechádzajú do vodného roztoku a sfarbujú ich do modra. Na druhej elektróde (
katóda) je plynný vodík uvoľňovaný na povrchu redukciou iónov vodíka vo vodnom roztoku kyseliny sírovej. Reakcia je:2H+(aq) + 2 elektróny -> H2(G)
Tento experiment je založený na úbytku hmotnosti medenej anódy, ale je tiež možné zhromaždiť vodík, ktorý sa vyvinie, a použiť ho na výpočet Avogadrovho čísla.
materiály
- Zdroj jednosmerného prúdu (batéria alebo napájanie)
- Izolované vodiče a prípadne aligátorové svorky na spojenie buniek
- 2 elektródy (napr. Prúžky medi, niklu, zinku alebo železa)
- Kadička s objemom 250 ml 0,5 M H2SO4 (kyselina sírová)
- voda
- Alkohol (napr. Metanol alebo izopropylalkohol)
- Malá kadička s 6 M HNO3 (kyselina dusičná)
- Ampérmeter alebo multimeter
- stopky
- Analytické váhy schopné merať s presnosťou na 0,0001 gramu
procedúra
Získajte dve medené elektródy. Elektródu, ktorá sa má použiť ako anóda, očistite ponorením do 6 M HNO3 v digestore na 2-3 sekundy. Okamžite vyberte elektródu, inak ju kyselina zničí. Nedotýkajte sa elektród prstami. Opláchnite elektródu čistou vodou z vodovodu. Potom ponorte elektródu do kadičky s alkoholom. Vložte elektródu na papierovú utierku. Keď je elektróda suchá, odvážte ju na analytickej váhe s presnosťou na 0,0001 gramu.
Prístroj vyzerá povrchne ako tento diagram elektrolytického článku leč že nepoužívate elektródy naraz v roztoku pomocou dvoch kadičiek spojených ampérom. Odoberte kadičku s 0,5 M H2SO4 (žieravé!) a do každej kadičky vložte elektródu. Pred akýmkoľvek pripojením sa uistite, že je napájanie vypnuté a odpojené (alebo pripojte batériu ako poslednú). Napájanie je pripojené k ampérmetru v sérii s elektródami. Kladný pól napájacieho zdroja je pripojený k anóde. Záporný kolík ampéra je pripojený k anóde (alebo ak je problém so zmenou hmotnosti z aligátorovej svorky poškriabajúcej meď, vložte kolík do roztoku). Katóda je pripojená na kladný pól ampéra. Nakoniec je katóda elektrolytického článku pripojená k zápornému pólu batérie alebo zdroja energie. Pamätajte, že hmotnosť anódy sa začne meniť ihneď po zapnutí napájania, takže si pripravte stopky!
Potrebujete presné meranie času a času. Amperáž by sa mala zaznamenávať v intervaloch 60 minút. Uvedomte si, že prúd sa môže v priebehu experimentu meniť v dôsledku zmien v roztoku elektrolytu, teploty a polohy elektród. Amperáž použitá pri výpočte by mala byť priemerom všetkých odčítaní. Nechajte prúd prúdiť minimálne 1020 sekúnd (17,00 minút). Zmerajte čas na najbližšiu sekundu alebo zlomok sekundy. Po 1020 sekundách (alebo dlhšie) vypnite záznam napájania, poslednú hodnotu prúdu a čas.
Teraz vyberiete anódu z bunky, usušíte ju ako predtým tak, že ju ponoríte do alkoholu a necháte ju uschnúť na papierovej utierke a odvážiť ju. Ak odstránite anódu, odstránite meď z povrchu a zrušíte svoju prácu!
Ak je to možné, zopakujte experiment s použitím rovnakých elektród.
Vzorový výpočet
Boli vykonané nasledujúce merania:
Strata anódovej hmoty: 0,3554 g (g)
Aktuálny (priemerný): 0,601 ampér (amp)
Čas elektrolýzy: 1802 sekúnd
pamätať:
Jeden ampér = 1 coulomb / s alebo jeden amp = 1 coulomb
Náboj jedného elektrónu je 1,602 x 10-19 coulomb
-
Nájdite celkový náboj prešiel obvodom.
(0,601 amp) (1 coul / 1 amp) (1802 s) = 1083 coul -
Vypočítajte počet elektrónov pri elektrolýze.
(1083 coul) (1 elektrón / 1,6022 x 1019coul) = 6,759 x 1021 elektrónov -
Stanovte počet atómov medi stratených z anódy.
Proces elektrolýzy spotrebuje dva elektróny na jeden vytvorený ión medi. Počet vytvorených iónov medi (II) je teda polovicou počtu elektrónov.
Počet Cu2 + iónov = ½ meraného počtu elektrónov
Počet iónov Cu2 + = (6,752 x 1021 elektrónov) (1 Cu2 + / 2 elektróny)
Počet iónov Cu2 + = 3,380 x 1021 Cu2 + -
Vypočítajte počet iónov medi na gram medi z počtu vyššie uvedených iónov medi a hmotnosti vyrobených iónov medi.
Hmotnosť vyrobených iónov medi sa rovná úbytku hmotnosti anódy. (Hmotnosť elektrónov je tak nízka, že je zanedbateľná, takže hmotnosť iónov medi (II) je rovnaká ako hmotnosť atómov medi.)
hmotnostná strata elektródy = hmotnosť Cu2 + iónov = 0,3554 g
3,380 x 1021 Cu2 + ióny / 0,3544g = 9,510 x 1021 Cu2 + ióny / g = 9,510 x 1021 atómov Cu / g -
Vypočítajte počet atómov medi v mole 63,546 gramov.Atómy Cu / mol Cu = (9,510 x 1021 atómov medi / g medi) (63,546 g / mol medi) Atómy medi / mol Cu = 6,040 x 1023 atómov medi / mol medi
Toto je nameraná hodnota študenta z Avogadrovho čísla! -
Vypočítajte percentuálnu chybu.Absolútna chyba: | 6,02 x 1023 - 6,04 x 1023 | = 2 x 1021
Percentuálna chyba: (2 x 10 21 / 6,02 x 10 23) (100) = 0,3%