Avogadros Zahl verstehen: Messung und Bedeutung in der Chemie

Chemische Gemische und chemische Reaktionen erfordern die Verwendung einer bestimmten Einheit, die als Mol bekannt ist. Ein Mol besteht aus 6,022 x 10^23 Subeinheiten, wobei E einen Exponenten bezeichnet. Zum Beispiel enthält ein Mol Wasser 6,022 x 10^23 Wassermoleküle. Die Zahl wurde 1811 vom italienischen Chemiker Amedeo Avogadro vorgeschlagen und ist als Avogadros Zahl bekannt. 1827 lieferte Robert Brown die ersten experimentellen Belege für Avogadros Zahl mittels einfacher Elektrolyse. Sie können einen ähnlichen Test entwerfen, um Avogadros Zahl für 1 Mol Kupfer experimentell zu bestimmen.

Was Sie benötigen

• Gleichstromquelle
• Verbindungskabel mit Krokodilklemmen
• Zinkmetallstreifen
• Kupfermetallstreifen
• Analysewaage genau auf 0,0001 g
• Stahlwolle
• 1 M Schwefelsäure
• 250 ml Becherglas
• Labor- oder Kreppband
• Schutzbrille
• Latex- oder Nitrilhandschuhe
• Taschenrechner
• 70 % Isopropylalkohol
• Stoppuhr

Anleitung

1. Elektrolyse

   Reinigen Sie den Kupferstreifen und den Zinkstreifen, um Ölrückstände und Oxide mit Stahlwolle zu entfernen. Metall entwickelt oft eine dünne Oxidschicht auf der Außenoberfläche, und Hautöle könnten die Elektrolyse behindern. Sobald das Metall sauber ist, kann es mit Alkohol abgewischt und trocknen gelassen werden. Die Metallstreifen sollten nach der Reinigung keinen Kontakt mit der Haut haben.

   Bestimmen Sie das Grammgewicht des Kupferstreifens. Das Gewicht des Kupferstreifens sollte aufgezeichnet und zur Berechnung der während der Elektrolyse übertragenen Kupferatome verwendet werden.

   Gießen Sie 200 ml Schwefelsäure in das 250-ml-Becherglas. Schwefelsäure ist äußerst ätzend, und es ist Vorsicht geboten.

   Befestigen Sie Zink- und Kupferstreifen an den Verbindungskabeln mit den Krokodilklemmen. Beide Metallstreifen werden dann in die Schwefelsäure gelegt und mit Klebeband befestigt. Die Metallstreifen dürfen nicht miteinander oder mit den Seiten des Becherglases in Kontakt kommen.

   Befestigen Sie die Verbindungskabel an der Gleichstromquelle. Das an den Zinkstreifen angeschlossene Kabel ist mit dem Kathodenanschluss (-) verbunden, und das an den Kupferstreifen angeschlossene Kabel ist mit dem Anodenanschluss (+) verbunden.

   Beginnen Sie die Elektrolyse, indem Sie die Gleichstromquelle auf 0,5 Ampere einstellen. Es ist wichtig, mit der Aufzeichnung der Beginnszeit der Elektrolyse und des Endes zu beginnen. Sie können Daten für einen Zeitraum zwischen fünf und zehn Minuten aufzeichnen.

   Entfernen Sie den Kupferstreifen, nachdem die Gleichstromquelle ausgeschaltet wurde. Der Kupferstreifen sollte vollständig an der Luft trocknen. Das Abtrocknen des Streifs mit einem Handtuch würde das Gewicht verändern und sollte nicht getan werden. Nachdem der Kupferstreifen vollständig trocken ist, wiegen Sie ihn und notieren Sie das Grammgewicht.

   Avogadros Zahl berechnen

   Bestimmen Sie die Anzahl der Coulombs während der Elektrolyse. Dies wird bestimmt, indem Ampere in Coulombs umgewandelt werden, unter Verwendung der Formel Ampere x Zeit (Sekunden). Der in diesem Versuch mit 0,5 Ampere für 10 Minuten ermittelte Wert beträgt 0,5 Ampere x 6.000 s = 3.000 Coulombs.

   Berechnen Sie die Anzahl der während der Elektrolyse übertragenen Kupferelektronen. Elektronen werden berechnet, indem Coulombs durch 1,602 x 10^-19, die Ladung eines einzelnen Elektrons, geteilt werden. Somit entsprechen 3.000 Coulombs / 1,602 x 10^-19 1,873 x 10^22. Da jedes Kupferatom während der Elektrolyse zwei Elektronen überträgt, wäre dies gleichbedeutend mit 9,365 x 10^21 Kupferatomen, also der Hälfte der Anzahl der Elektronen.

   Berechnen Sie die Anzahl der Mol Kupfermetall, die während der Elektrolyse vom Kupferstreifen verloren gingen. Dies wird aus der Gewichtsänderung, die vor und nach der Elektrolyse gemessen wurde, geteilt durch das Atomgewicht (63,546 g pro Mol) von Kupfer bestimmt. Zum Beispiel würde 0,0105 g Kupfer zu 1,011 g / 63,546 g pro Mol oder 1,591 x 10^-2 Mol Kupfer, die während der Elektrolyse übertragen wurden, berechnet.

   Bestimmen Sie den experimentellen Wert für Avogadros Zahl, indem Sie die Kupferatome durch die Mol Kupfer teilen. Der Wert für das gegebene Beispiel wäre 9,365 x 10^21 / 1,591 x 10^-2 und gleich 5,886 x 10^23.