كيفية حساب رقم Avogadro تجريبيا

رقم Avogadro ليس وحدة مشتقة رياضياً. يتم تحديد عدد الجسيمات في مول من مادة تجريبيًا. تستخدم هذه الطريقة الكيمياء الكهربائية لاتخاذ القرار. قد ترغب في مراجعة عمل خلايا كهروكيميائية قبل تجربة هذه التجربة.

الهدف هو إجراء قياس تجريبي لعدد Avogadro.

يمكن تعريف الشامة على أنها كتلة صيغة غرام مادة أو الكتلة الذرية لعنصر في الجرامات. في هذه التجربة ، يتم قياس تدفق الإلكترون (التيار أو التيار) والوقت من أجل الحصول على عدد الإلكترونات التي تمر عبر الخلية الكهروكيميائية. يرتبط عدد الذرات في العينة الموزونة بتدفق الإلكترون لحساب عدد أفوجادرو.

في هذه الخلية الإلكتروليتية ، يكون كلا القطبين من النحاس والكهارل هو 0.5 M H₂وبالتالي₄. أثناء التحليل الكهربائي ، قطب النحاس (الأنود) المتصلة بالدبوس الموجب لمصدر الطاقة يفقد الكتلة حيث يتم تحويل ذرات النحاس إلى أيونات النحاس. قد يكون فقدان الكتلة مرئيًا كحفر لسطح القطب المعدني. أيضا ، تمر أيونات النحاس في محلول الماء وتصبغها باللون الأزرق. في القطب الآخر (الكاثود) ، يتم تحرير غاز الهيدروجين على السطح من خلال تقليل أيونات الهيدروجين في محلول حمض الكبريتيك المائي. رد الفعل هو:

• مصدر تيار مباشر (بطارية أو مزود طاقة)
• الأسلاك المعزولة وربما مقاطع التمساح لربط الخلايا
• 2 أقطاب كهربائية (على سبيل المثال شرائط من النحاس أو النيكل أو الزنك أو الحديد)
• دورق سعة 250 مل 0.5 م₂وبالتالي₄ (حمض الكبريتيك)
• ماء
• الكحول (مثل كحول الميثانول أو الأيزوبروبيل)
• دورق صغير بحجم 6 م HNO₃ (حمض النيتريك)
• مقياس التيار أو متعدد
• ساعة التوقيف
• ميزان تحليلي قادر على القياس لأقرب 0.0001 جرام

الحصول على قطبين من النحاس. قم بتنظيف القطب الكهربائي ليتم استخدامه كأنود عن طريق غمره في 6 M HNO₃ في غطاء الدخان لمدة 2-3 ثوان. انزع القطب الكهربائي على الفور وإلا سوف يدمره الحمض. لا تلمس القطب بأصابعك. شطف القطب بماء الصنبور النظيف. بعد ذلك ، اغمس القطب في دورق من الكحول. ضع القطب على منشفة ورقية. عندما يجف القطب الكهربائي ، قم بوزنه على ميزان تحليلي لأقرب 0.0001 جرام.

يبدو الجهاز سطحيًا مثل هذا المخطط لخلية إلكتروليتية إلا أنك تستخدم كؤوسين متصلتين بواسطة مقياس التيار بدلاً من تجميع الأقطاب الكهربائية في محلول. خذ الكأس مع 0.5 M H₂وبالتالي₄ (تآكل!) ووضع قطب كهربائي في كل دورق. قبل إجراء أي توصيلات ، تأكد من إيقاف تشغيل مورد الطاقة وفصله (أو توصيل البطارية أخيرًا). يتم توصيل التيار الكهربائي بمقياس التيار على التوالي مع الأقطاب الكهربائية. يتم توصيل القطب الموجب لمصدر الطاقة بالأنود. يتم توصيل الدبوس السالب للمقياس بالأنود (أو ضع الدبوس في المحلول إذا كنت قلقًا بشأن التغيير في الكتلة من مقطع التمساح الذي يخدش النحاس). الكاثود متصل بدبوس الموجب الإيجابي. وأخيرًا ، يرتبط كاثود الخلية الإلكتروليتية بالوظيفة السالبة للبطارية أو مزود الطاقة. تذكر أن كتلة الأنود ستبدأ بالتغير بمجرد تشغيل الطاقة، لذا جهز ساعة الإيقاف الخاصة بك!

أنت بحاجة إلى قياسات دقيقة للوقت والوقت. يجب تسجيل التيار على فواصل زمنية دقيقة واحدة (60 ثانية). انتبه إلى أن التيار قد يختلف على مدار التجربة بسبب التغيرات في محلول الإلكتروليت ودرجة الحرارة وموضع الأقطاب الكهربائية. يجب أن يكون التيار المستخدم في الحساب متوسطًا لجميع القراءات. اسمح بتدفق التيار لمدة لا تقل عن 1020 ثانية (17.00 دقيقة). قس الوقت لأقرب ثانية أو جزء من الثانية. بعد 1020 ثانية (أو أكثر) ، قم بإيقاف تشغيل سجل مصدر الطاقة وآخر قيمة التيار والوقت.

الآن يمكنك استرداد الأنود من الخلية ، وتجفيفه كما كان من قبل عن طريق غمره في الكحول والسماح له بالجفاف على منشفة ورقية ، ووزنه. إذا قمت بمسح الأنود ، فسوف تزيل النحاس من السطح وتبطل عملك!

إذا أمكن ، كرر التجربة باستخدام نفس الأقطاب الكهربائية.

تم إجراء القياسات التالية:

فقد كتلة الأنود: 0.3554 جرامًا (جم)
التيار (المتوسط): 0.601 أمبير (أمبير)
وقت التحليل الكهربائي: 1802 ثانية

تذكر:
أمبير واحد = 1 كولوم / ثانية أو واحد أمبير = 1 كولوم
شحنة إلكترون واحد هي 1.602 × 10-19 كولوم

1. أوجد إجمالي الشحنة المارة عبر الدائرة.
   (0.601 أمبير) (1 كول / 1 أمبير) (1802 ثانية) = 1083 كول
2. احسب عدد الإلكترونات في التحليل الكهربائي.
   (1083 coul) (1 إلكترون / 1.6022 x 1019 coul) = 6.759 x 1021 إلكترون
3. تحديد عدد ذرات النحاس المفقودة من الأنود.
   تستهلك عملية التحليل الكهربائي إلكترونين لكل أيون نحاسي متكون. وبالتالي ، فإن عدد أيونات النحاس (II) المتكونة هو نصف عدد الإلكترونات.
   عدد أيونات Cu2 + = ½ عدد الإلكترونات المقاسة
   عدد أيونات Cu2 + = (6.752 x 1021 إلكترون) (1 إلكترون Cu2 + / 2 إلكترون)
   عدد أيونات Cu2 + = 3.380 x 1021 Cu2 + أيونات
4. احسب عدد أيونات النحاس لكل جرام من النحاس من عدد أيونات النحاس أعلاه وكتلة أيونات النحاس المنتجة.
   كتلة أيونات النحاس المنتجة تساوي فقدان كتلة الأنود. (كتلة الإلكترونات صغيرة جدًا بحيث لا تُذكر ، لذا فإن كتلة أيونات النحاس (II) هي نفس كتلة ذرات النحاس.)
   فقد كتلة القطب = كتلة أيونات Cu2 + = 0.3554 جم
   3.380 × 1021 Cu2 + أيونات / 0.3544 جم = 9.510 × 1021 Cu2 + أيونات / جم = 9.510 × 1021 ذرة Cu / g
5. احسب عدد ذرات النحاس في مول من النحاس 63.546 جرامًا.ذرات النحاس / مول من النحاس = (9.510 × 1021 ذرات من النحاس / جم من النحاس) (63.546 جم / مول من النحاس) ذرات النحاس / مول من النحاس = 6.040 × 1023 من ذرات النحاس / مول من النحاس
   هذه هي قيمة الطالب المقاسة لرقم Avogadro!
6. حساب خطأ النسبة المئوية.خطأ مطلق: | 6.02 × 1023 - 6.04 × 1023 | = 2 × 1021
   النسبة المئوية للخطأ: (2 × 10 21 / 6.02 × 10 23) (100) = 0.3٪