Hogyan kell kísérletileg kiszámítani az Avogadro-számot?

Az Avogadro száma nem egy matematikailag származtatott egység. Kísérletileg meghatározzuk a részecskék számát egy anyag móljában. Ez a módszer az elektrokémia segítségével határozza meg a meghatározást. Érdemes átnéznie a elektrokémiai cellák mielőtt megkísérelné ezt a kísérletet.

A cél az Avogadro számának kísérleti mérése.

A mól meghatározható egy anyag grammos tömegének vagy az elem atomtömegének grammban kifejezve. Ebben a kísérletben az elektronáramot (amper vagy áram) és az időt mérjük annak érdekében, hogy megkapjuk az elektrokémiai cellán áthaladó elektronok számát. A lemért mintában az atomok száma az elektronárammal függ össze az Avogadro számának kiszámításához.

Ebben az elektrolitikus cellában mindkét elektród réz, és az elektrolit 0,5 M H₂ÍGY₄. Az elektrolízis során a réz elektróda (anód), amely a tápegység pozitív csapjával van összekötve, veszít tömegben, mivel a réz atomok rézionokká alakulnak. A tömegveszteség a fém elektróda felületének pöttyös megjelenéseként látható. Ezenkívül a rézionok átjutnak a vízoldatba és kék színűvé válnak. A másik elektródnál (

• Egyenáramú forrás (akkumulátor vagy tápegység)
• Szigetelt vezetékek és esetleg aligátorkapocsok a cellák összekapcsolásához
• 2 elektróda (például réz-, nikkel-, cink- vagy vasszalagok)
• 250 ml-es főzőpohár, 0,5 M H₂ÍGY₄ (kénsav)
• Víz
• Alkohol (például metanol vagy izopropil-alkohol)
• Egy kis 6 M HNO főzőpohár₃ (salétromsav)
• Ampermérő vagy multiméter
• Stopperóra
• Analitikai mérleg, amely képes 0,0001 gramm pontosságú mérésre

Szerezzen be két réz elektródát. Tisztítsa meg az anódként használni kívánt elektródot 6 M HNO-ba merítésével₃ füstcsövön 2-3 másodpercig. Az elektródot azonnal vegye le, különben a sav elpusztítja. Ne érintse meg az elektródát ujjaival. Öblítse le az elektródát tiszta csapvízzel. Ezután merítse az elektródát egy főzőpohárba. Helyezze az elektródot egy papírtörlőre. Amikor az elektróda száraz, mérje meg az analitikai mérlegen 0,0001 gramm pontossággal.

A készülék felületesen néz ki, mint ez az elektrolitikus elem diagramja kivéve hogy két főzőpoharat használ egy ampermérővel összekapcsolt helyett, az elektródok oldatban tartása mellett. Vegye ki a főzőpoharat 0,5 M H-val₂ÍGY₄ (maró hatású!), és tegyen egy elektródát minden főzőpohárba. Bármely csatlakoztatás előtt ellenőrizze, hogy az áramellátás ki van-e kapcsolva és nincs-e csatlakoztatva (vagy az akkumulátort csatlakoztassa utoljára). A tápegység az elektródákkal sorosan csatlakozik az ampermérőhöz. A tápegység pozitív pólusa az anódhoz van csatlakoztatva. Az ampermérő negatív csapja az anódhoz van csatlakoztatva (vagy helyezze a csapot az oldatba, ha aggódik a rézot megkarcoló aligátor klipsz tömegváltozása miatt). A katód az ampermérő pozitív csapjával van összekötve. Végül az elektrolitikus cella katódját az akkumulátor vagy a tápegység negatív pólusához kell csatlakoztatni. Ne feledje, hogy az anód tömege megváltozik amint bekapcsolja a készüléket, tehát készen áll a stopperóra!

Szüksége van pontos aktuális és időmérésre. Az áramerősséget egyperces (60 másodperces) időközönként kell rögzíteni. Vegye figyelembe, hogy az amper ára a kísérlet során változhat az elektrolit-oldat, a hőmérséklet és az elektródok helyzetének változása miatt. A számításhoz használt amper értéknek az összes leolvasás átlagának kell lennie. Hagyja, hogy az áram legalább 1020 másodpercig (17.00 percig) folyjon. Mérje meg az időt a legközelebbi másodpercre vagy a másodperc töredékére. 1020 másodperc (vagy annál hosszabb) után kapcsolja ki az áramellátást és rögzítse az utolsó áramerősség-értéket és az időt.

Most kinyeri az anódot a cellából, szárítsa meg, mint korábban, alkoholba merítve, és hagyja papírtörülközőn megszáradni, és mérje meg. Ha megtisztítja az anódot, akkor a réz eltávolul a felületről, és érvényteleníti a munkát!

Ha lehetséges, ismételje meg a kísérletet ugyanazon elektródákkal.

A következő méréseket végeztük:

Elveszített anód tömeg: 0,3554 gramm (g)
Áram (átlagos): 0,601 amper (amper)
Elektrolízis ideje: 1802 másodperc

Emlékezik:
Egy amper = 1 kulon / másodperc vagy egy amper = 1 ampermásodperc
Egy elektron töltése 1,602 x 10-19 coulomb

1. Keresse meg az áramkörön áthaladó teljes töltést.
   (0,601 amp) (1 coul / 1 amp) (1802 s) = 1083 coul
2. Számítsa ki az elektronok számát az elektrolízis során.
   (1083 coul) (1 elektron / 1,6022 x 1019 coul) = 6,759 x 1021 elektron
3. Határozzuk meg az anódból veszített réz atomok számát.
   Az elektrolízis folyamata két elektronot fogyaszt egy képződött réziononként. Így a képződött réz (II) ionok száma az elektronok felének fele.
   Cu2 + ionok száma = ½ mért elektronok száma
   Cu2 + ionok száma = (6,752 x 1021 elektron) (1 Cu2 + / 2 elektron)
   Cu2 + -ionok száma = 3,380 x 1021 Cu2 + -ionok
4. Számítsa ki a rézionok számát grammjában a fenti rézionok számából és a keletkező rézionok tömegéből.
   A keletkező rézionok tömege megegyezik az anód tömegveszteségével. (Az elektronok tömege olyan kicsi, hogy elhanyagolható legyen, tehát a réz (II) ionok tömege megegyezik a réz atomok tömegével.)
   az elektróda tömegvesztesége = Cu2 + ionok tömege = 0,3555 g
   3,380 x 1021 Cu2 + ionok / 0,3544 g = 9,510 x 1021 Cu2 + ionok / g = 9,510 x 1021 Cu atomok / g
5. Számítsa ki a réz atomok számát egy mol rézben, 63,546 grammban.Cu atomok / mól Cu = (9.510 x 1021 réz atom / g réz) (63.546 g / mol réz) Cu atomok / mól Cu = 6.040 x 1023 réz atomok / mol réz
   Ez a hallgató Avogadro számának mért értéke!
6. Számítsa ki a százalékos hibát.Abszolút hiba: | 6,02 x 1023 - 6,04 x 1023 | = 2 x 1021
   Százalékos hiba: (2 x 10 21 / 6,02 x 10 23) (100) = 0,3%