A Modern Twist on an Old Measurement: Using Laboratory Automation and Data Science to Determine the Solubility Product of Lead Iodide
A Modern Twist on an Old Measurement: Using Laboratory Automation and Data Science to Determine the Solubility Product of Lead Iodide
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旧测量的现代转变：利用实验室自动化和数据科学来确定碘化铅的溶解度乘积
DOI：
10.1021/acs.jchemed.3c00445
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发表时间：
2023
影响因子：
3
通讯作者：
Schrier, Joshua
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Norquist, Alexander J.;Jones-Thomson, Gabriel;He, Keqing;Egg, Thomas;Schrier, Joshua
实验室自动化和数据科学对所有化学家来说都是有价值的新技能，但迄今为止，涉及自动化的大多数教学活动都集中在高级课程上。在此，我们描述了一个计算和实验相结合的实验室，适用于一年级的本科普通化学课程，其中这些主题介绍了碘化铅的溶解度平衡常数的测定的背景下。学生们使用逻辑回归分析来分析他们的数据，逻辑回归分析在溶解度平衡表达式及其化学计量系数方面具有物理解释。除了实验室自动化，数据可视化和数据拟合技能，学生还练习核心实验室技能，如使用容量瓶和使用微量移液器制备原液。为了让实验室负担得起，我们展示了使用低成本的3D打印液体分配机器人来执行自动化实验，以及商业液体处理机器人。实验前和实验后计算笔记本示例以Mathematica和Python编程语言提供。
Laboratory automation and data science are valuable new skills for all chemists, but most pedagogical activities involving automation to date have focused on upper-level coursework. Herein, we describe a combined computational and experimental lab suitable for a first-year undergraduate general chemistry course, in which these topics are introduced in the context of determination of the solubility equilibrium constant of lead iodide. Students analyze their data using logistic regression analysis, which has a physical interpretation in terms of the solubility equilibrium expression and its stoichiometric coefficients. In addition to laboratory automation, data visualization, and data fitting skills, students also practice core laboratory skills such as the preparation of stock solutions using a volumetric flask and the use of micropipets. To keep the lab affordable, we demonstrate the use of a low-cost 3D-printed liquid dispensing robot to perform the automated experiment in addition to a commercial liquid-handling robot. Example pre- and post-lab computational notebooks are provided in both Mathematica and Python programming languages.
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