Kaip eksperimentiškai apskaičiuoti Avogadro skaičių

Avogadro skaičius nėra matematiškai išvestas vienetas. Dalelių skaičius medžiagos molyje nustatomas eksperimentiniu būdu. Šis metodas naudojamas elektrochemijai nustatyti. Galbūt norėsite peržiūrėti elektrocheminės ląstelės prieš bandant šį eksperimentą.

Tikslas yra atlikti eksperimentinį Avogadro skaičiaus matavimą.

Molį galima apibrėžti kaip cheminės medžiagos masę, išreikštą gramais, arba elemento atominę masę gramais. Šiame eksperimente matuojamas elektronų srautas (amperais ar srove) ir laikas, kad būtų galima gauti elektronų, praeinančių per elektrocheminį elementą, skaičių. Atomų skaičius pasvertoje imtyje yra susijęs su elektronų srautu, kad būtų galima apskaičiuoti Avogadro skaičių.

Šioje elektrolitinėje kameroje abu elektrodai yra variniai, o elektrolitas yra 0,5 M H₂Taigi₄. Elektrolizės metu vario elektrodas (anodas) prijungtas prie teigiamo maitinimo šaltinio kaiščio praranda masę, nes vario atomai virsta vario jonais. Masės praradimas gali būti matomas kaip metalo elektrodo paviršiaus įdubimas. Taip pat vario jonai patenka į vandens tirpalą ir nusidažo mėlynai. Prie kito elektrodo (

• Nuolatinės srovės šaltinis (akumuliatorius ar maitinimo šaltinis)
• Izoliuoti laidai ir galbūt aligatoriaus spaustukai, skirti sujungti ląsteles
• 2 elektrodai (pvz., Vario, nikelio, cinko ar geležies juostelės)
• 250 ml 0,5 M stiklinės stiklinė₂Taigi₄ (sieros rūgšties)
• Vanduo
• Alkoholis (pvz., Metanolis arba izopropilo alkoholis)
• Maža 6 M HNO stiklinė₃ (azoto rūgštis)
• Ampermetras arba multimetras
• Chronometras
• Analitinės svarstyklės, galinčios išmatuoti 0,0001 gramo tikslumu

Gaukite du varinius elektrodus. Išvalykite elektrodą, kuris bus naudojamas kaip anodas, panardinant jį į 6 M HNO₃ dūmų gaubte 2-3 sekundes. Greitai pašalinkite elektrodą, kitaip rūgštis jį sunaikins. Nelieskite elektrodo pirštais. Nuplaukite elektrodą švariu vandentiekio vandeniu. Tada panardinkite elektrodą į alkoholio stiklinę. Padėkite elektrodą ant popierinio rankšluosčio. Kai elektrodas yra sausas, pasverkite jį analitinėmis svarstyklėmis 0,0001 gramo tikslumu.

Aparatas atrodo paviršutiniškai kaip ši elektrolitinio elemento schema išskyrus kad jūs naudojate dvi virykles, sujungtas ampermetru, o ne turinčius elektrodus tirpale. Nupilkite stiklinę su 0,5 M H₂Taigi₄ (ėsdinantis!) ir įdėkite elektrodą į kiekvieną skardinę. Prieš jungdamiesi įsitikinkite, kad maitinimo šaltinis yra išjungtas ir atjungtas nuo elektros tinklo (arba akumuliatorių prijunkite paskutinį kartą). Maitinimo šaltinis yra sujungtas su ampermetru nuosekliai su elektrodais. Teigiamas maitinimo šaltinio polius yra prijungtas prie anodo. Neigiamas ampermetro kaištis yra prijungtas prie anodo (arba įkiškite smeigtuką į tirpalą, jei esate susirūpinę dėl masės pokyčio dėl aligatoriaus spaustuko, subraižančio varį). Katodas yra prijungtas prie teigiamo ampermetro kaiščio. Galiausiai elektrolitinio elemento katodas yra prijungtas prie neigiamo akumuliatoriaus ar maitinimo šaltinio stulpo. Atminkite, kad anodo masė pradės keistis kai tik įjungsite maitinimą, taigi pasiruoškite chronometrą!

Jums reikia tikslių esamos ir laiko matavimų. Įtampos stipris turėtų būti registruojamas vienos minutės (60 sek.) Intervalu. Atminkite, kad eksperimento metu dažnis gali skirtis dėl elektrolito tirpalo, temperatūros ir elektrodų padėties pokyčių. Skaičiavimams naudojamas amperas turėtų būti visų rodmenų vidurkis. Leiskite srovei tekėti mažiausiai 1020 sekundžių (17.00 minučių). Išmatuokite laiką iki artimiausios sekundės ar sekundės dalį. Po 1020 sekundžių (ar ilgiau) išjunkite maitinimo šaltinį ir įrašykite paskutinę srovės stiprio vertę ir laiką.

Dabar jūs paimate anodą iš ląstelės, išdžiovinkite kaip anksčiau, panardindami į alkoholį ir palikdami išdžiūti ant popierinio rankšluosčio, pasverkite. Jei nušluosite anodą, jūs pašalinsite varį nuo paviršiaus ir padarysite negaliojantį jūsų darbą!

Jei galite, pakartokite eksperimentą naudodami tuos pačius elektrodus.

Buvo atlikti šie matavimai:

Prarasta anodo masė: 0,3554 gramai (g)
Srovė (vidutiniškai): 0,601 amperų (amperų)
Elektrolizės laikas: 1802 sekundės (s)

Prisiminti:
Vienas amperas = 1 kulonas per sekundę arba vienas amperas = 1 kulonas
Vieno elektrono krūvis yra 1,602 x 10–19 kulonų

1. Suraskite visą grandinę praleidusį krūvį.
   (0,601 amp) (1 coul / 1 amps) (1802 s) = 1083 coul
2. Apskaičiuokite elektronų skaičių elektrolizėje.
   (1083 rutulys) (1 elektronas / 1,6022 x 1019 rutulio) = 6,759 x 1021 elektronų
3. Nustatykite vario atomų, prarastų iš anodo, skaičių.
   Elektrolizės procese sunaudojami du elektronai kiekviename suformuotame vario jone. Taigi susiformavusių vario (II) jonų skaičius yra pusė elektronų skaičiaus.
   Cu2 + jonų skaičius = ½ išmatuotų elektronų skaičius
   Cu2 + jonų skaičius = (6,752 x 1021 elektronų) (1 Cu2 + / 2 elektronų)
   Cu2 + jonų skaičius = 3,380 x 1021 Cu2 + jonų
4. Apskaičiuokite vario jonų skaičių vario grame iš aukščiau esančio vario jonų skaičiaus ir pagaminto vario jonų masės.
   Pagaminto vario jonų masė lygi anodo masės nuostoliams. (Elektronų masė yra tokia maža, kad yra nereikšminga, todėl vario (II) jonų masė yra tokia pati kaip vario atomų masė.)
   elektrodo masės nuostoliai = Cu2 + jonų masė = 0,3554 g
   3,380 x 1021 Cu2 + jonai / 0,3544g = 9,510 x 1021 Cu2 + jonai / g = 9,510 x 1021 Cu atomai / g
5. Apskaičiuokite vario atomų skaičių vario molyje, 63,546 gramų.Cu atomai / molio Cu = (9.510 x 1021 vario atomų / g vario) (63.546 g / molio vario) Cu atomai / molio Cu = 6.040 x 1023 vario atomų / molio vario
   Tai yra studento išmatuota Avogadro skaičiaus vertė!
6. Apskaičiuokite paklaidos procentą.Absoliuti klaida: | 6,02 x 1023 - 6,04 x 1023 | = 2 x 1021
   Procentinė paklaida: (2 x 10 21 / 6,02 x 10 23) (100) = 0,3%