Kuidas eksperimentaalselt arvutada Avogadro arvu

Avogadro arv ei ole matemaatiliselt tuletatud ühik. Osakeste arv materjali moolis määratakse katseliselt. Selle meetodi määramisel kasutatakse elektrokeemiat. Võite vaadata üle elektrokeemilised rakud enne selle katse alustamist.

Eesmärk on Avogadro arvu eksperimentaalne mõõtmine.

Mooli võib määratleda kui aine grammi valemi massi või elemendi aatommassi grammides. Selles katses mõõdetakse elektrokeemilist raku läbivate elektronide arvu saamiseks elektronide voolu (voolutugevus või voolutugevus) ja aega. Kaalutud proovis olevate aatomite arv on seotud Avogadro arvu arvutamiseks elektronide vooluga.

Selles elektrolüütilises ruumis on mõlemad elektroodid vask ja elektrolüüt on 0,5 M H₂Nii₄. Elektrolüüsi ajal vaseelektrood (anood), mis on ühendatud toiteallika positiivse tihvtiga, kaotab massi, kuna vase aatomid muundatakse vaseioonideks. Massi kadu võib olla nähtav kui metallelektroodi pinna kaldumine. Ka vaseioonid satuvad veelahusesse ja muudavad selle siniseks. Teise elektroodi juures (

• Alalisvooluallikas (aku või toiteallikas)
• Lahtrite ühendamiseks isoleeritud juhtmed ja võimalik, et ka alligaatori klambrid
• 2 elektroodi (nt vasest, niklist, tsingist või rauast ribad)
• 250 ml 0,5 M keeduklaas₂Nii₄ (väävelhape)
• Vesi
• Alkohol (nt metanool või isopropüülalkohol)
• Väike keeduklaas 6 M HNO₃ (lämmastikhape)
• Ampermeeter või multimeeter
• Stopper
• Analüütiline kaal, mis võimaldab mõõta täpsusega 0,0001 grammi

Hankige kaks vask-elektroodi. Puhastage anoodina kasutatav elektrood, sukeldades seda 6 M HNO-sse₃ aurukoopas 2-3 sekundit. Eemaldage viivitamatult elektrood, vastasel juhul hape hävitab selle. Ärge puudutage elektroodi sõrmedega. Loputage elektrood puhta kraaniveega. Seejärel kasta elektrood keeduklaasi. Asetage elektrood paberrätikule. Kui elektrood on kuiv, kaalutakse see analüütilisel kaalul täpsusega 0,0001 grammi.

Seade näeb pealiskaudselt välja selline elektrolüütilise elemendi skeem välja arvatud et kasutate kahte ampermeetriga ühendatud keeduklaasi, selle asemel, et elektroodid oleksid lahuses. Võtke keeduklaas 0,5 M H-ga₂Nii₄ (söövitav!) ja asetage igasse keeduklaasi elektrood. Enne ühenduste loomist veenduge, et toiteallikas on välja lülitatud ja lahti ühendatud (või ühendage aku viimati). Toiteallikas on vooluvõrku ühendatud elektroodidega järjestikku. Toiteallika positiivne poolus on anoodiga ühendatud. Ampermeetri negatiivne tihvt on ühendatud anoodiga (või asetage tihvt lahusesse, kui tunnete muret vaske kraapivast alligaatori klambrist tuleneva massi muutuse pärast). Katood on ühendatud ampermeetri positiivse tihvtiga. Lõpuks ühendatakse elektrolüütilise elemendi katood aku või toiteallika negatiivse positsiooniga. Pidage meeles, et anoodi mass hakkab muutuma niipea, kui lülitate toite sisse, nii et laske oma stopperil valmis olla!

Te vajate täpseid hetke ja aja mõõtmisi. Amperatuur tuleb salvestada ühe minuti (60 sekundi) intervalliga. Pange tähele, et voolutugevus võib katse jooksul varieeruda muutuste tõttu elektrolüüdilahuses, temperatuuris ja elektroodide asendis. Arvutamisel kasutatav voolutugevus peaks olema kõigi näitude keskmine. Laske voolul voolata vähemalt 1020 sekundit (17.00 minutit). Mõõda aeg sekundi täpsusega või sekundi murdosaga. Pärast 1020 sekundit (või kauem) lülitage toiteallikas välja viimase voolutugevuse väärtus ja kellaaeg.

Nüüd tõmmake anood rakust, kuivatage see nagu varem, kastes seda alkoholiks ja laske sellel paberrätikul kuivada, ja kaaluge. Anoodi pühkimisel eemaldate pinnalt vase ja see muudab teie töö kehtetuks!

Kui saate, korrake katset samade elektroodide abil.

Tehti järgmised mõõtmised:

Kadunud anoodimass: 0,3554 grammi (g)
Praegune (keskmine): 0,601 amprit (amprit)
Elektrolüüsi aeg: 1802 sekundit (s)

Pidage meeles:
Üks voolutugevus = 1 kulbi sekundis või üks amp = 1 coulomb
Ühe elektroni laeng on 1,602 x 10-19 kulbi

1. Leidke vooluringi kaudu läbitud kogulaeng.
   (0,601 amprit) (1 coul / 1 amprit) (1802 s) = 1083 coul
2. Arvutage elektronide arv elektrolüüsil.
   (1083 coul) (1 elektron / 1,6022 x 1019 coul) = 6,759 x 1021 elektronit
3. Määrake anoodist kadunud vase aatomite arv.
   Elektrolüüsiprotsess kulutab iga moodustatud vaseiooni jaoks kaks elektroni. Moodustunud vase (II) ioonide arv on seega pool elektronide arvust.
   Cu2 + ioonide arv = ½ mõõdetud elektronide arv
   Cu2 + ioonide arv = (6,752 x 1021 elektronit) (1 Cu2 + / 2 elektronit)
   Cu2 + ioonide arv = 3,380 x 1021 Cu2 + ioone
4. Arvutage vaseioonide arv ühe grammi vase kohta ülaltoodud vaseioonide arvust ja toodetud vaseioonide massist.
   Tekkivate vaseioonide mass on võrdne anoodi massikaoga. (Elektronide mass on nii väike, et on tühine, seega on vase (II) ioonide mass sama, mis vase aatomite massil.)
   elektroodi massikaotus = Cu2 + ioonide mass = 0,3555 g
   3,380 x 1021 Cu2 + ioone / 0,3544 g = 9,510 x 1021 Cu2 + ioone / g = 9,510 x 1021 Cu aatomit / g
5. Arvutage vase aatomite arv vase moolis, 63,546 grammi.Cu aatomid / mool Cu = (9,510 x 1021 vase aatomit / g vase kohta) (63,546 g / m vask) Cu aatomid / mooli Cu kohta = 6,040 x 1023 vase aatomit / mooli vaske
   See on õpilase Avogadro arvu mõõdetud väärtus!
6. Arvutage vea protsent.Absoluutne viga: | 6,02 x 1023 - 6,04 x 1023 | = 2 x 1021
   Protsendiviga: (2 x 10 21 / 6,02 x 10 23) (100) = 0,3%