Avogadrov broj nije matematički izvedena jedinica. Broj čestica u krtici nekog materijala određuje se eksperimentalno. Ova metoda koristi elektrokemiju za utvrđivanje. Možda želite pregledati rad sustava elektrokemijske stanice prije nego što je pokušao ovaj eksperiment.
Svrha
Cilj je izvršiti eksperimentalno mjerenje Avogadrovog broja.
Uvod
Mol se može definirati kao gramska formula formule ili atomska masa elementa u gramima. U ovom se eksperimentu mjere protok elektrona (amperaža ili struja) i vrijeme kako bi se dobio broj elektrona koji prolaze kroz elektrokemijsku ćeliju. Broj atoma u izvaganom uzorku povezan je s protokom elektrona da bi se izračunao Avogadrov broj.
U ovoj elektrolitičkoj ćeliji obje elektrode su bakar, a elektrolit je 0,5 M H2TAKO4. Tijekom elektrolize bakrena elektroda (anoda) spojen na pozitivan pin napajanja gubi masu kako se atomi bakra pretvaraju u ione bakra. Gubitak mase može biti vidljiv kao kopanje površine metalne elektrode. Također, bakarni ioni prelaze u vodenu otopinu i oboje je plavom bojom. Na drugoj elektrodi (
katoda), vodikov se plin oslobađa na površini redukcijom vodikovih iona u vodenoj otopini sumporne kiseline. Reakcija je:2 H+(aq) + 2 elektrona -> H2(G)
Ovaj se eksperiment temelji na gubitku mase bakrene anode, ali također je moguće prikupiti nastali vodikov plin i upotrijebiti ga za izračunavanje Avogadrovog broja.
materijali
- Izvor istosmjerne struje (baterija ili napajanje)
- Izolirane žice i eventualno hvataljke za spajanje stanica
- 2 elektrode (npr. Trake bakra, nikla, cinka ili željeza)
- 250 ml čaša od 0,5 M H2TAKO4 (sumporne kiseline)
- Voda
- Alkohol (npr. Metanol ili izopropil alkohol)
- Mala čaša od 6 M HNO3 (dušična kiselina)
- Ampermetar ili multimetar
- Štoperica
- Analitička vaga koja može izmjeriti do 0,0001 grama
Postupak
Nabavite dvije bakrene elektrode. Očistite elektrodu koja će se koristiti kao anoda uranjanjem u 6 M HNO3 2-3 sekunde u odvodu za dim. Odmah uklonite elektrodu ili će je kiselina uništiti. Ne dirajte elektrodu prstima. Isperite elektrodu čistom vodom iz slavine. Zatim umočite elektrodu u čašu alkohola. Stavite elektrodu na papirnati ručnik. Kad se elektroda osuši, odvažite je na analitičkoj vagi do najbližih 0,0001 grama.
Aparat izgleda površno kao ovaj dijagram elektrolitičke ćelije osim da koristite dvije čaše povezane ampermetrom, a ne da elektrode budu zajedno u otopini. Uzmite čašu s 0,5 M H2TAKO4 (korozivno!) i stavite elektrodu u svaku čašu. Prije uspostavljanja bilo kakvih veza, provjerite je li izvor napajanja isključen (ili zadnji spojite bateriju). Napajanje se serijski spaja na ampermetar s elektrodama. Pozitivni pol napajanja povezan je s anodom. Negativni pin ampermetra spojen je na anodu (ili stavite iglu u otopinu ako ste zabrinuti zbog promjene mase iz aligatorskog klipa koji ogrebotina bakra). Katoda je spojena na pozitivni pin ampermetra. Napokon, katoda elektrolitičke ćelije je povezana s negativnim postom baterije ili napajanja. Zapamtite, masa anode počet će se mijenjati čim uključite napajanje, pripremite štopericu!
Trebate tačna mjerenja struje i vremena. Amperažu treba snimiti u intervalima od 60 minuta. Imajte na umu da amperaža može varirati tijekom eksperimenta zbog promjena u otopini elektrolita, temperaturi i položaju elektroda. Amperaža koja se koristi u proračunu trebala bi biti prosjek svih očitanih vrijednosti. Pustite da struja teče najmanje 1020 sekundi (17,00 minuta). Izmjerite vrijeme do najbliže sekunde ili djelića sekunde. Nakon 1020 sekundi (ili duže) isključite napajanje, zabilježite zadnju vrijednost amperaže i vrijeme.
Sada izvadite anodu iz stanice, osušite je kao i prije tako što je uronite u alkohol i ostavite da se osuši na papirnom ručniku i izvažite. Ako obrišete anodu, uklonit ćete bakar s površine i onesposobiti vaš rad!
Ako možete, ponovite eksperiment pomoću istih elektroda.
Proračun uzorka
Učinjena su sljedeća mjerenja:
Izgubljena masa anode: 0,3554 grama (g)
Struja (prosjek): 0,601 ampera
Vrijeme elektrolize: 1802 sekundi
Zapamtiti:
Jedan amper = 1 kulomb / drugi ili jedan amp = 1 kulon
Naboj jednog elektrona iznosi 1.602 x 10-19 coulomb
-
Pronađite ukupni naboj prošao kroz krug.
(0,601 amp) (1 coul / 1 amp) (1802 s) = 1083 coul -
Izračunajte broj elektrona u elektrolizi.
(1083 coul) (1 elektron / 1,6022 x 1019coul) = 6,709 x 1021 elektron -
Odredite broj atoma bakra izgubljenih iz anode.
Proces elektrolize troši dva elektrona po formiranom bakarnom ionu. Tako je broj formiranih bakarnih (II) iona upola manji od broja elektrona.
Broj Cu2 + iona = ½ broj elektrona izmjerenih
Broj Cu2 + iona = (6.752 x 1021 elektrona) (1 Cu2 + / 2 elektrona)
Broj Cu2 + iona = 3.380 x 1021 Cu2 + iona -
Izračunajte broj iona bakra po gramu bakra od broja bakra iona iznad i mase proizvedenih bakarnih iona.
Masa proizvedenih bakarnih iona jednaka je gubitku mase anode. (Masa elektrona je toliko mala da je zanemariva, pa je masa bakrenih (II) iona jednaka masi bakarnih atoma.)
gubitak mase elektrode = masa Cu2 + iona = 0,3554 g
3.380 x 1021 Cu2 + ioni / 0.3544g = 9.510 x 1021 Cu2 + ioni / g = 9.510 x 1021 Cu atoma / g -
Izračunajte broj atoma bakra u molu bakra, 63.546 grama.Cu atomi / mol Cu = (9.510 x 1021 atoma bakra / g bakra) (63.546 g / mol bakra) Cu atomi / mol Cu = 6.040 x 1023 atoma bakra / mol bakra
Ovo je studentska izmjerena vrijednost Avogadrovog broja! -
Izračunajte postotak pogreške.Apsolutna pogreška: | 6,02 x 1023 - 6,04 x 1023 | = 2 x 1021
Postotna pogreška: (2 x 10 21 / 6,02 x 10 23) (100) = 0,3%