Kuinka laskea Avogadro-luku kokeellisesti

Avogadro-luku ei ole matemaattisesti johdettu yksikkö. Hiukkasten lukumäärä materiaalimoolissa määritetään kokeellisesti. Tämä menetelmä käyttää määritykseen sähkökemiaa. Voit halutessasi tarkistaa sähkökemialliset solut ennen kuin yrität tätä kokeilua.

Tavoitteena on tehdä kokeellinen mittaus Avogadro-luvulle.

Moli voidaan määritellä aineen grammakaavamassana tai elementin atomimassana grammoina. Tässä kokeessa mitataan elektronivirta (ampeeri tai virta) ja aika elektrokemiallisen kennon läpi kulkevien elektronien lukumäärän saamiseksi. Punnitun näytteen atomien lukumäärä liittyy elektronivirtaan Avogadro-luvun laskemiseksi.

Tässä elektrolyyttisessä kennossa molemmat elektrodit ovat kuparia ja elektrolyytin määrä on 0,5 M H₂NIIN₄. Elektrolyysin aikana kuparielektrodi (anodi), joka on kytketty virtalähteen positiiviseen napaan, menettää massan kupariatomien muuttuessa kupari-ioneiksi. Massahäviö voi olla näkyvissä metallielektrodin pinnan rapistumisena. Lisäksi kupari-ionit kulkevat vesiliuokseen ja sävyttävät sinisiksi. Toisessa elektrodissa (

• Tasavirtalähde (akku tai virtalähde)
• Eristetyt johdot ja mahdollisesti alligaattoripidikkeet solujen yhdistämiseksi
• 2 elektrodia (esim. Kupari-, nikkeli-, sinkki- tai rautaliuskat)
• 250 ml: n dekantterilasi, jossa oli 0,5 M H₂NIIN₄ (rikkihappo)
• vesi
• Alkoholi (esim. Metanoli tai isopropyylialkoholi)
• Pieni dekantterilasi, 6 M HNO₃ (typpihappo)
• Ampermetri tai yleismittari
• Sekuntikello
• Analyyttinen vaaka, joka pystyy mittaamaan tarkkuudella 0,0001 grammaa

Hanki kaksi kuparielektrodia. Puhdista anodina käytettävä elektrodi upottamalla se 6 M HNO: iin₃ vetokaapissa 2-3 sekunnin ajan. Poista elektrodi heti, muuten happo tuhoaa sen. Älä koske elektrodiin sormella. Huuhtele elektrodi puhtaalla vesijohtovedellä. Upota seuraavaksi elektrodi alkoholin dekantterilasiin. Aseta elektrodi paperipyyhkeeseen. Kun elektrodi on kuiva, punnitaan se analyysivaa'alla 0,0001 gramman tarkkuudella.

Laite näyttää pinnallisesti kuten tämä elektrolyyttisen kennon kaavio paitsi että käytät kahta dekantterilaitetta, jotka on kytketty ampeerimittarilla sen sijaan, että elektrodit olisivat yhdessä ratkaisussa. Ota dekantterilasi 0,5 M H: lla₂NIIN₄ (syövyttävä!) ja aseta elektrodi jokaiseen dekantterilasiin. Varmista ennen minkään liitännän tekemistä, että virtalähde on katkaistu ja kytketty irti pistorasiasta (tai kytke akku viimeksi). Virtalähde on kytketty ampeerimittariin sarjassa elektrodien kanssa. Virtalähteen positiivinen napa on kytketty anodiin. Ampeerimittarin negatiivinen nasta on kytketty anodiin (tai aseta nasta ratkaisuun, jos olet huolissasi massan muutoksesta kuparia raaputtavasta alligaattoripidikkeestä). Katodi on kytketty ampeerimittarin positiiviseen napaan. Lopuksi elektrolyyttisen kennon katodi kytketään akun tai virtalähteen negatiiviseen napaan. Muista, että anodin massa alkaa muuttua heti kun kytket virran päälle, joten pidä sekuntikello valmis!

Tarvitset tarkkoja virran ja ajan mittauksia. Ampeeritaso tulee tallentaa yhden minuutin (60 sekunnin) välein. Huomaa, että ampeerimäärä voi vaihdella kokeen aikana johtuen muutoksista elektrolyyttiliuoksessa, lämpötilassa ja elektrodien asemassa. Laskennassa käytetyn ampeerin tulisi olla kaikkien lukemien keskiarvo. Anna virran virtata vähintään 1020 sekuntia (17.00 minuuttia). Mittaa aika lähimpään sekuntiin tai sekunnin murto-osaan. Sammuta virransyöttö 1020 sekunnin (tai pidemmän) jälkeen ja tallenna viimeinen ampeeriarvo ja aika.

Nyt haet anodin solusta, kuivaa se kuten ennen upottamalla se alkoholiin ja antamalla sen kuivua paperipyyhkeellä ja punnitse se. Jos pyyhkät anodin, poistat kuparin pinnalta ja mitätöit työn!

Jos mahdollista, toista kokeilu samoilla elektrodeilla.

Seuraavat mittaukset tehtiin:

Kadotettu anodimassa: 0,3554 grammaa (g)
Nykyinen (keskimääräinen): 0,601 ampeeria (ampeeri)
Elektrolyysiaika: 1802 sekuntia (s)

Muistaa:
Yksi ampeeri = 1 coulomb / sekunti tai yksi amp / s = 1 Coulomb
Yhden elektronin varaus on 1,602 x 10 - 19 hiukkasta

1. Selvitä piirin läpi kulunut kokonaistilavuus.
   (0,601 amp) (1 coul / 1 amp) (1802 s) = 1083 coul
2. Laske elektrolyysissä olevien elektronien lukumäärä.
   (1083 coul) (1 elektroni / 1,6022 x 1019 coul) = 6,759 x 1021 elektronia
3. Määritä anodista kadonneiden kupariatomien lukumäärä.
   Elektrolyysiprosessi kuluttaa kaksi elektronia muodostunutta kupari-ionia kohti. Siten muodostuneiden kupari (II) -ionien lukumäärä on puolet elektronien lukumäärästä.
   Cu2 + -ionien lukumäärä = ½ mitattu elektronien lukumäärä
   Cu2 + -ionien lukumäärä = (6,752 x 1021 elektronia) (1 Cu2 + / 2 elektronia)
   Cu2 + -ionien lukumäärä = 3,380 x 1021 Cu2 + -ionia
4. Laske kupari-ionien lukumäärä kuparigrammaa yllä olevien kupari-ionien lukumäärän ja tuotettujen kupari-ionien massan perusteella.
   Tuotettujen kupari-ionien massa on yhtä suuri kuin anodin massahäviö. (Elektronien massa on niin pieni, että se on merkityksetön, joten kupari (II) -ionien massa on sama kuin kupariatomien massa.)
   elektrodin massahäviö = Cu2 + -ionien massa = 0,3555 g
   3,380 x 1021 Cu2 + -ionit / 0,3544g = 9,510 x 1021 Cu2 + -ionit / g = 9,510 x 1021 Cu-atomia / g
5. Laske kupariatomien lukumäärä kuparimoolia, 63,546 grammaa.Cu-atomit / moolia Cu = (9,510 x 1021 kupariatomia / g kuparia) (63,546 g / mooli kuparia) Cu-atomeja / moolia Cu = 6,040 x 1023 kupariatomia / mooli kuparia
   Tämä on opiskelijan Avogadro-luvun mitattu arvo!
6. Laske virhevirhe.Absoluuttinen virhe: | 6,02 x 1023 - 6,04 x 1023 | = 2 x 1021
   Prosenttivirhe: (2 x 10 21 / 6,02 x 10 23) (100) = 0,3%