Så bestämmer du Avogadros tal experimentellt i laboratoriet

Kemiska blandningar och kemiska reaktioner hanteras med hjälp av en specifik enhet som kallas mol. En mol består av 6,022 × 10²³ partiklar, till exempel atomer eller molekyler. En mol vatten innehåller alltså 6,022 × 10²³ vattenmolekyler. Talet föreslogs av den italienska kemisten Amedeo Avogadro år 1811 och har sedan dess blivit känt som Avogadros tal. År 1827 bidrog Robert Brown med de första experimentella beläggen för talet genom enkla elektrolysobservationer. Du kan utföra ett liknande experiment för att själv bestämma Avogadros tal för en mol koppar.

Du behöver

• Likströmsaggregat (DC)
• Kopplingsledningar med krokodilklämmor
• Zinkplatta
• Kopparplatta
• Analysvåg med noggrannhet på 0,0001 g
• Stålull
• 1 M svavelsyra
• Bägare på 250 ml
• Laboratorie- eller maskeringstejp
• Skyddsglasögon
• Latex- eller nitrilhandskar
• Räknare
• 70-procentig isopropylalkohol
• Tidsur eller stoppur

Instruktioner

Genomför elektrolysen

1. Rengör metallplattorna. Använd stålull för att avlägsna fettrester och oxider från både kopparplattan och zinkplattan. Metall bildar ofta ett tunt oxidlager på ytan, och hudoljor kan störa elektrolysen. När metallerna är rena kan de torkas av med alkohol och får sedan lufttorka. Undvik att röra plattorna med bara händer efter rengöringen.

2. Väg kopparplattan. Notera vikten i gram – den används senare för att beräkna hur många kopparatomer som överfördes under elektrolysen.

3. Häll i syran. Häll 200 ml svavelsyra i 250 ml-bägaren. Svavelsyra är starkt frätande, så arbeta försiktigt och använd alltid skyddsglasögon och handskar.

4. Placera plattorna i badet. Fäst zinkplattan och kopparplattan vid var sin kopplingsledning med hjälp av krokodilklämmorna. Sänk ner båda plattorna i svavelsyran och säkra dem med tejp mot bägarens kant. Plattorna får inte komma i kontakt med varandra eller med bägarens väggar.

5. Anslut strömförsörjningen. Ledningen till zinkplattan kopplas till katoden (minuspolen) och ledningen till kopparplattan till anoden (pluspolen).

6. Starta elektrolysen. Ställ in aggregatet på 0,5 ampere. Det är viktigt att notera exakt när elektrolysen börjar och när den avslutas. Samla in data under en period mellan fem och tio minuter.

7. Ta upp och väg kopparplattan igen. Stäng av strömförsörjningen och lyft ur kopparplattan. Låt den lufttorka helt – torka aldrig plattan med handduk, eftersom det kan påverka vikten. När plattan är helt torr väger du den och noterar den nya vikten.

Beräkna Avogadros tal

8. Beräkna laddningen i coulomb. Det görs genom att multiplicera strömstyrkan med tiden i sekunder: ampere × tid (sekunder). Med 0,5 A i 10 minuter blir resultatet 0,5 A × 6 000 s = 3 000 coulomb.

9. Beräkna antalet överförda elektroner. Dela antalet coulomb med laddningen för en enskild elektron, 1,602 × 10^-19 coulomb. Det ger 3 000 / 1,602 × 10^-19 = 1,873 × 10²² elektroner. Eftersom varje kopparatom avger två elektroner under elektrolysen motsvarar detta 9,365 × 10²¹ kopparatomer, alltså hälften av antalet elektroner.

10. Beräkna antalet mol koppar som lösts upp. Dividera viktförändringen före och efter elektrolysen med kopparens atommassa (63,546 g/mol). Om exempelvis 1,011 g koppar har överförts blir beräkningen 1,011 g / 63,546 g per mol = 1,591 × 10^-2 mol koppar.

11. Bestäm det experimentella värdet. Dividera antalet kopparatomer med antalet mol koppar: 9,365 × 10²¹ / 1,591 × 10^-2 = 5,886 × 10²³. Jämför ditt resultat med det accepterade värdet 6,022 × 10²³ för att bedöma experimentets noggrannhet. Vanliga felkällor är ofullständig torkning av plattan, oprecis tidsmätning och fluktuationer i strömstyrkan.