Hoe u Avogadro's nummer experimenteel kunt berekenen

Het nummer van Avogadro is geen wiskundig afgeleide eenheid. Het aantal deeltjes in een mol van een materiaal wordt experimenteel bepaald. Deze methode maakt gebruik van elektrochemie om de bepaling te maken. Mogelijk wilt u de werking van elektrochemische cellen voordat u dit experiment probeert.

Het doel is om een ​​experimentele meting te doen van het aantal van Avogadro.

Een mol kan worden gedefinieerd als de gramformulemassa van een stof of de atoommassa van een element in gram. In dit experiment worden elektronenstroom (stroomsterkte of stroom) en tijd gemeten om het aantal elektronen te verkrijgen dat door de elektrochemische cel gaat. Het aantal atomen in een gewogen monster is gerelateerd aan de elektronenstroom om het aantal Avogadro te berekenen.

In deze elektrolytische cel zijn beide elektroden koper en is de elektrolyt 0,5 M H₂ZO₄. Tijdens elektrolyse wordt de koperelektrode (anode) aangesloten op de positieve pin van de voeding verliest massa als de koperatomen worden omgezet in koperionen. Het verlies van massa kan zichtbaar zijn als putjes op het oppervlak van de metalen elektrode. Ook gaan de koperionen in de wateroplossing en kleuren deze blauw. Aan de andere elektrode (

• Een gelijkstroombron (batterij of voeding)
• Geïsoleerde draden en mogelijk krokodillenklemmen om de cellen te verbinden
• 2 elektroden (bijv. Stroken koper, nikkel, zink of ijzer)
• Bekerglas van 250 ml van 0,5 M H₂ZO₄ (zwavelzuur)
• Water
• Alcohol (bijv. Methanol of isopropylalcohol)
• Een kleine beker van 6 M HNO₃ (salpeterzuur)
• Ampèremeter of multimeter
• Stopwatch
• Een analytische balans die tot op 0,0001 gram nauwkeurig kan meten

Schaf twee koperen elektroden aan. Reinig de te gebruiken elektrode als anode door deze onder te dompelen in 6 M HNO₃ 2-3 seconden in een zuurkast. Verwijder de elektrode onmiddellijk of het zuur zal deze vernietigen. Raak de elektrode niet aan met uw vingers. Spoel de elektrode af met schoon leidingwater. Doop vervolgens de elektrode in een bekerglas. Leg de elektrode op een papieren handdoek. Als de elektrode droog is, weegt u deze op een analytische balans tot op 0,0001 gram nauwkeurig.

Het apparaat lijkt oppervlakkig op dit diagram van een elektrolytische cel behalve dat u twee bekers gebruikt die met elkaar zijn verbonden door een ampèremeter in plaats van de elektroden samen in een oplossing te hebben. Neem beker met 0,5 M H₂ZO₄ (bijtend!) en plaats een elektrode in elke beker. Voordat u aansluitingen maakt, moet u ervoor zorgen dat de voeding is uitgeschakeld en niet is aangesloten (of sluit de batterij als laatste aan). De voeding is in serie verbonden met de ampèremeter met de elektroden. De positieve pool van de voeding is verbonden met de anode. De negatieve pin van de ampèremeter is verbonden met de anode (of plaats de pin in de oplossing als u zich zorgen maakt over de verandering in massa van een krokodillenklem die het koper krast). De kathode is verbonden met de positieve pin van de ampèremeter. Ten slotte wordt de kathode van de elektrolytische cel aangesloten op de negatieve pool van de batterij of voeding. Onthoud dat de massa van de anode begint te veranderen zodra u de stroom inschakelt, dus houd je stopwatch bij de hand!

U heeft nauwkeurige stroom- en tijdmetingen nodig. De stroomsterkte moet worden geregistreerd met intervallen van één minuut (60 seconden). Houd er rekening mee dat de stroomsterkte in de loop van het experiment kan variëren als gevolg van veranderingen in de elektrolytoplossing, temperatuur en positie van de elektroden. De stroomsterkte die bij de berekening wordt gebruikt, moet een gemiddelde zijn van alle metingen. Laat de stroom minimaal 1020 seconden (17,00 minuten) stromen. Meet de tijd tot op de dichtstbijzijnde seconde of een fractie van een seconde. Schakel na 1020 seconden (of langer) de voeding uit en noteer de laatste stroomsterkte en de tijd.

Nu haalt u de anode uit de cel, droogt u hem zoals eerder door hem onder te dompelen in alcohol en hem te laten drogen op een papieren handdoek, en weegt u hem. Als u de anode afveegt, verwijdert u koper van het oppervlak en wordt uw werk ongeldig!

Als je kunt, herhaal het experiment dan met dezelfde elektroden.

De volgende metingen zijn gedaan:

Anodemassa verloren: 0,3554 gram (g)
Stroom (gemiddeld): 0,601 ampère (amp)
Elektrolyse tijd: 1802 seconden

Onthouden:
Eén ampère = 1 coulomb / seconde of één amp. S = 1 coulomb
De lading van één elektron is 1.602 x 10-19 coulomb

1. Zoek de totale lading die door het circuit is gegaan.
   (0.601 amp) (1 coul / 1 amp-)) (1802 s) = 1083 coul
2. Bereken het aantal elektronen bij de elektrolyse.
   (1083 coul) (1 elektron / 1.6022 x 1019coul) = 6.759 x 1021 elektronen
3. Bepaal het aantal koperatomen dat verloren is gegaan door de anode.
   Het elektrolyseproces verbruikt twee elektronen per gevormd koperion. Het aantal gevormde koper (II) -ionen is dus de helft van het aantal elektronen.
   Aantal Cu2 + -ionen = ½ aantal gemeten elektronen
   Aantal Cu2 + -ionen = (6.752 x 1021 elektronen) (1 Cu2 + / 2 elektronen)
   Aantal Cu2 + -ionen = 3.380 x 1021 Cu2 + -ionen
4. Bereken het aantal koperionen per gram koper uit het aantal koperionen hierboven en de massa geproduceerde koperionen.
   De massa van de geproduceerde koperionen is gelijk aan het massaverlies van de anode. (De massa van de elektronen is zo klein dat ze verwaarloosbaar is, dus de massa van de koper (II) -ionen is hetzelfde als de massa van koperatomen.)
   massaverlies elektrode = massa Cu2 + -ionen = 0,3554 g
   3.380 x 1021 Cu2 + -ionen / 0.3544g = 9.510 x 1021 Cu2 + -ionen / g = 9.510 x 1021 Cu-atomen / g
5. Bereken het aantal koperatomen in een mol koper, 63.546 gram.Cu-atomen / mol Cu = (9.510 x 1021 koperatomen / g koper) (63.546 g / mol koper) Cu-atomen / mol Cu = 6.040 x 1023 koperatomen / mol koper
   Dit is de gemeten waarde van het getal van Avogadro van de student!
6. Bereken procentuele fout.Absolute fout: | 6,02 x 1023 - 6,04 x 1023 | = 2 x 1021
   Procentuele fout: (2 x 10 21 / 6,02 x 10 23) (100) = 0,3%