תאים אלקטרוליטיים

מקור: סמאא קורים באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, MD, ארה"ב

1. תאים אלקטרוליטיים<לחצן class="expand">הרחב

   בניסוי זה, אתם תרכיבו תא אלקטרוליטי לביצוע ציפוי חשמלי. תא אלקטרוליטי מכיל אנודה וקתודה המחוברות על ידי מקור כוח, אשר מניע את תגובת החיזור הלא ספונטנית בתא. כאשר חומר האנודה מחומצן, היונים נוסעים לקתודה, שם הם מופחתים ומצופים.

   במקרה של ניסוי זה, התא האלקטרוליטי מכיל אנודת נחושת ומפתח פליז עבור הקתודה. חמצון האנודה יוצר יוני נחושת(2+), אשר מופחתים לאחר מכן על מפתח הפליז, ויוצרים ציפוי דק של נחושת מוצקה.

   • לבשו כפפות, משקפי מגן וסינר מעבדה, אותם יש ללבוש בכל עת.
   • השג נגד אחד של 10 אוהם, אלקטרודת גיליון נחושת אחת, חוט נחושת אחד ופיסת נייר אמרי אחת.
   • השתמש בנייר אמרי כדי ללטש את מפתח הפליז ואת יריעת הנחושת. שטפו את המפתח ואת אלקטרודת הנחושת במים. מפתח הפליז יהיה הקתודה, ויריעת הנחושת תהיה האנודה.
   • קח אחת של 50 מ"ל וזכוכית שעון למכסה המנוע של המדריך וקבל בערך 20 מ"ל אצטון. הניחו את זכוכית השעון על גבי הכד כדי למנוע אידוי והחזירו אותו לספסל.
   • תייגו את הכוס האחרת של 50 מ"ל כ'פסולת אורגנית'.
   • השתמש פיפטה חד פעמית כדי לשטוף את אלקטרודת הנחושת ואת המפתח עם אצטון. יש לאסוף עודפים במיכל הפסולת. הניחו את המפתח ואת אלקטרודת הנחושת על מגבת נייר לייבוש.
   • מדוד את המסות הראשוניות של המפתח ואלקטרודת הנחושת ורשום את ערכיהם במחשב המעבדה שלך.

     טבלה 1: שומות של Cu הועברו

     	מסת המפתח (g)	שינוי במסה (g)	Moles Cu plated	מסה של אלקטרודת Cu (g)	שינוי במסה (g)	Moles Cu lost
     0 min
     5 min
     1st 30 min
     2nd 30 min

     לחץ כאן להורדת טבלה 1
   • הגדר את התא האלקטרוליטי. השתמש בחוט חשמל אחד עם תפסי תנין כדי לחבר את המסוף השלילי בסוללה לבדיקה הנוכחית. עטפו את נגד 10 אוהם סביב הקצה השני של הגשושית הנוכחית.
   • השתמש בחוט אחר כדי לחבר את המסוף החיובי בסוללה לאלקטרודת הנחושת.
   • כרך את חוט הנחושת סביב מפתח הפליז והשתמש בחוט חשמל כדי לחבר את הנגד בבדיקה הנוכחית לחוט הנחושת שעל מפתח הפליז.
   • השג כ-200 מ"ל של נחושת גופרתית מרוכזת בכד של 250 מ"ל. הסכום לא צריך להיות מדויק. החזירו את הכוס לספסל והניחו אותה על צלחת הערבוב. בזהירות, הניחו מוט ערבוב מגנטי בכד והפעילו את הגדרת הערבוב לגבוהה.
   • חבר את מערכת איסוף הנתונים לגשושית הנוכחית ואפשר למערכת איסוף הנתונים לחוש את הגשוש. זה צריך להחזיר קריאה באמפר. שנה את הקצב לשתי סריקות לדקה ואת משך הזמן ל- 5 דקות.
   • מניחים את מפתח הפליז בכד. תלו אותו בצד הכד כך שהמפתח יהיה שקוע כמעט לחלוטין אך לא ייגע במוט הערבוב המגנטי. הערה: חוט הנחושת לא צריך להיות בתמיסה.
   • הניחו את אלקטרודת הנחושת בכד, כופפו אותה כך שתתלה מעל קצה הכד. ודא שהוא אינו נוגע במוט הבוחש או במפתח הפליז.
   • התחל את הסריקה ותן לה לאסוף נתונים במשך 5 דקות. פעולה זו תשמש כריצת בדיקה כדי לוודא שהציפוי מתרחש על מפתח הפליז.
   • לאחר סיום הסריקה, הסר את המפתח ואת אלקטרודת הנחושת. ציפוי הנחושת על מפתח הפליז צריך להיות ניכר. אם הוא אינו גלוי, בדוק את המעגל כדי לוודא שהסוללה מחוברת בכיוון הנכון.
   • לאחר השלמת ציפוי מוצלח של 5 דקות, נתק את המפתח ואת אלקטרודת הנחושת מהחיווט. הסר את חוט הנחושת מהמפתח ושטוף את המפתח ואת אלקטרודת הנחושת במים ולאחר מכן אצטון. הניחו אותם על מגבת נייר לייבוש.
   • מדוד את המסות של המפתח ואלקטרודת הנחושת ורשום אותם במחשב המעבדה שלך.
   • חבר מחדש את המפתח ואת אלקטרודת הנחושת והחזיר אותם לתמיסה כמו קודם. הפעל מחדש את ההפעלה במערכת איסוף הנתונים, וודא שהקצב מוגדר לשתי סריקות לדקה. כאשר משך הזמן מוגדר ל -30 דקות, אפשר לתהליך הציפוי החשמלי לפעול.
   • לאחר השלמת הסריקה, הסר את האלקטרודה והמפתח מהתמיסה, נתק אותם מהחוטים ושטוף אותם במים ולאחר מכן באצטון. הניחו להם להתייבש על מגבת נייר, ואז שקלו אותם ותיעדו את המסות שלהם במחברת שלכם.
   • הרכיבו מחדש את ההתקנה וחזרו על הציפוי החשמלי לניסוי שני של 30 דקות. לאחר השלמת הסריקה, הסר את המפתח ואת אלקטרודת הנחושת, שטוף אותם כמו קודם, ורשום את המסה שלהם.
   • שמור את הנתונים שהוקלטו כקובץ טקסט בכונן הבזק.
   • כדי לנקות, כבו את הגדרת הערבוב והוציאו את מוט הערבוב מהתמיסה באמצעות מלקחיים. השליכו את האצטון למיכל הפסולת האורגנית שסופק על ידי המדריך שלכם. ניתן לעשות שימוש חוזר בתמיסת נחושת גופרתית במעבדות עתידיות, לכן שפכו את הנחושת הגופרתית המרוכזת בחזרה לקרבוי.
   • שטפו את כל כלי הזכוכית שלכם במים והחזירו למדריך.
2. ResultsExpand
   • ראשית, חשב את המטען הכולל Q שזרם במערכת במהלך הניסויים השונים. קולומב אחד הוא כמות החשמל הזורמת דרך חוט הנושא זרם של 1 אמפר ב-1 שניות, ולכן Q = I x t.
   • סקור את נתוני הבדיקה הנוכחיים עבור ניסוי הציפוי החשמלי הראשון בן 5 הדקות. הערה: אם הזרם ירד ל-0 או קרוב ל-0 בסוף הניסוי, אז האלקטרונים הפסיקו לזרום מאלקטרודת הנחושת למפתח. השתמש רק בערכים שנרשמו לפני התרחשות הירידה בנוכחי. אם הזרם יורד ל- 0 בשלב מוקדם בתהליך הציפוי, חזור על גירסת הניסיון.
   • הזרם משתנה עם הזמן, לכן חשב את הזרם הממוצע, I.

     טבלה 2: שומות של אלקטרונים שהועברו

     גירסת ניסיון	Time (s)	Current average (A)	Total charge (C)	שומות (e?)
     5 min
     1st 30 min
     2nd 30 min
     Total

     לחץ כאן להורדת טבלה 2
   • השתמש בזרם הממוצע לאורך הזמן הכולל כדי לקבוע את המטען הכולל המועבר במהלך ציפוי חשמלי, Q. כ-20 קולומבים הועברו במהלך הניסוי בן 5 הדקות, ובין 110 ל-120 קולומבים הועברו במהלך כל ניסוי בן 30 דקות. המטען הכולל שהועבר לאורך כל תהליך הציפוי החשמלי בן 65 הדקות היה כ-250 קולומבים.
   • השתמש במטען הכולל המועבר כדי לחשב את השומות של אלקטרונים המצופים במהלך כל ניסוי. השומות של האלקטרונים המצופים שוות למטען הכולל המועבר חלקי קבוע פאראדיי. קבוע פאראדיי מייצג את גודל המטען החשמלי לכל שומה של אלקטרונים ונקבע על ידי הכפלת המטען של אלקטרון בקבוע אבוגדרו.
   • לקבוע את שומות האלקטרונים שהועברו לניסויים של 5 דקות ו-30 דקות.
   • חשב את שומות הנחושת שהיו מצופות על המפתח לאחר כל ניסוי. באופן דומה, לקבוע את השומות של נחושת שאבדו אלקטרודת גיליון נחושת.
   • השווה את שומות הנחושת שאבדו מהאלקטרודה לכמות שהייתה מצופה למפתח הפליז. המספרים צריכים להיות קרובים.
   • בדוק אם ערכים אלה תואמים את הצפוי בהתבסס על מספר השומות של אלקטרונים שהועברו. הפחתה של שומה אחת של יוני נחושת(2+) דורשת 2 שומות אלקטרונים כדי לייצר שומה אחת של נחושת מוצקה.