GRUPA 10

Joanna Łużna

Magdalena Matłaszek

Ćwiczenie nr 74 Polarymetr

1. Wstęp teoretyczny

Polarymetr jest przyrządem służącym do pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji przy przechodzeniu światła spolaryzowanego liniowo światła. Zjawisko to zachodzi dzięki obecności roztworu cukru (który jest roztworem optycznie aktywnym) na torze spolaryzowanego światła monochromatycznego.

Oto jego budowa:

Skręcenie płaszczyzny polaryzacji zachodzi w roztworze sacharozy (dzięki temu, że jest w całości złożona z cząsteczek jednego rodzaju). Oto jej wzór:

Następuje to wg poniższego schematu:

Kąt
, o jaki „skręci się” płaszczyzna polaryzacji będzie zależny od drogi przebytej przez światło l i od stężenie roztworu c.

gdzie: a- współczynnik proporcjonalności inaczej skręcenie właściwe roztworu

l-droga przebyta przez światło

c-stężenie roztworu

2. Cel i wykonanie ćwiczenia:

Podczas wykonywania ćwiczenia wykorzystujemy przyrząd zwany polarymetrem.

Urządzenie to umożliwia regulowanie położenia analizatora oraz pomiar kąta obrotu.

Aby ułatwić pomiar przed kuwetą umieszczono urządzenie różnicowe zwane płytką Laurenta.

Analizator należy tak ustawić równość zaciemnień pola.

Do poprawnego wykonania ćwiczenia potrzebne jest wyznaczenie położenia „zerowego” polarymetru. Kuwetę napełniamy wodą destylowaną , a analizator tak ustawiamy, aby pole widzenia było całe równomiernie zaciemnione (polaryzator i analizator ustawione są względem siebie pod kątem prostym). Gdy kuwetę napełnimy roztworem cukru zaciemnienie środkowej i zewnętrznej części pola widzenia staje się nierównomierne. Równość zaciemnień przywracamy poprzez obracanie analizatora.

Różnica kątów odczytywanych dla powyższych sytuacji nazwana jest kątem skręcenia płaszczyzny polaryzacji.

3. Wyniki pomiarowe:

masa cukru[g]	położenie zerowe polarymetru	12,646	10,174	11,362	11,362	11,362	11,362
Objętość r-ru[cm3]		60	120	150	185	230	250
długość kuwety [cm]		20	20	20	20	20	20
Stężenie roztworu [g/cm3]	0	0,211	0,085	0,076	0,0614	0,0494	0,045
i
1	359,35	25,25	10,20	9,55	7,50	6,85	5,25
2	359,40	25,20	10,10	9,50	7,30	6,70	5,40
3	359,40	25,25	10,15	9,45	7,25	6,60	5,35
4	359,30	25,10	10,05	9,50	7,25	6,65	5,35
5	359,45	25,25	10,10	9,45	7,30	6,60	5,40
6	359,45	25,20	10,25	9,45	7,25	6,75	5,35
7	359,40	25,20	10,10	9,50	7,40	6,70	5,30
8	359,45	25,20	10,10	9,35	7,30	6,75	5,30
9	359,40	25,20	10,15	9,45	7,35	6,70	5,35
10	359,35	25,25	10,10	9,50	7,35	6,65	5,40

4. Opracowanie wyników pomiarów

Wartości średnie i błędy dla kolejnych pomiarów kątów

(wszystkie wartości mają jednostkę: stopień):

Woda destylowana:

Wartość średnia kąta (położenie zerowe polarymetru): 359,40

(dla wykresu później potrzebna wartość ujemna kąta: -0,60

Odchylenie standardowe średniej wynosi: 0,049721446

Dlatego błąd pomiaru przyjmujemy: 0,05

A kąt: -0,60

Roztwór o największym stężeniu:

Wartość średnia kąta (położenie zerowe polarymetru): 25,21

Odchylenie standardowe średniej wynosi: 0,045946829

Dlatego błąd pomiaru przyjmujemy: 0,05

A kąt: 25,21

Roztwór rozcieńczony po raz pierwszy:

Wartość średnia kąta (położenie zerowe polarymetru): 10,13

Odchylenie standardowe średniej wynosi: 0,05868939

Dlatego błąd pomiaru przyjmujemy: 0,06

A kąt: 10,13

Roztwór rozcieńczony po raz drugi:

Wartość średnia kąta (położenie zerowe polarymetru): 9,47

Odchylenie standardowe średniej wynosi: 0,0537484

Dlatego błąd pomiaru przyjmujemy: 0,05

A kąt: 9,47

Roztwór rozcieńczony po raz trzeci:

Wartość średnia kąta (położenie zerowe polarymetru): 7,33

Odchylenie standardowe średniej wynosi: 0,07905694

Dlatego błąd pomiaru przyjmujemy: 0,08

A kąt: 7,33

Roztwór rozcieńczony po raz czwarty:

Wartość średnia kąta (położenie zerowe polarymetru): 6,70

Odchylenie standardowe średniej wynosi: 0,076194

Dlatego błąd pomiaru przyjmujemy: 0,08

A kąt: 6,70

Roztwór rozcieńczony po raz piąty:

Wartość średnia kąta (położenie zerowe polarymetru): 5,35

Odchylenie standardowe średniej wynosi: 0,049721

Dlatego błąd pomiaru przyjmujemy: 0,05

A kąt: 5,35

Niepewność pomiaru stężenia

(jednostki: masy - gramy, objętości -
, stężenia -
):

stężenie liczymy jako iloraz masy cukru i objętości roztworu

Niepewność tego pomiaru liczymy z prawa przenoszenia błędu:

Niepewność pomiaru masy (z dokładności wagi): u(m)=1g (=0,001kg)

Niepewność pomiaru objętości (z dokładności menzurki): u(V)=5

Roztwór o największym stężeniu:

m=12,646

V=60

u(C)= 0,017563897=0,018

C=0,210767=0,211

Roztwór rozcieńczony po raz pierwszy:

m=10,174

V=120

u(C)= 0,003532649=0,004

C=0,084783=0,085

Roztwór rozcieńczony po raz drugi:

m=11,362

V=150

u(C)= 0,002524898=0,003

C=0,075747=0,076

Roztwór rozcieńczony po raz trzeci:

m=11,362

V=185

u(C)= 0,001659907=0,0017

C=0,061416=0,0614

Roztwór rozcieńczony po raz czwarty:

m=11,362

V=230

u(C)= 0,001073922=0,0010

C=0,049400=0,0494

Roztwór rozcieńczony po raz piąty:

m=11,362

V=250

u(C)= 0,000908969=0,009

C=0,045448=0,045

5. Wykresy:

(pierwszy z nich lepiej pokazuje prostą, na drugim lepiej widoczne są niepewności):

Wartości skręcenia właściwego dla roztworu cukru na podstawie rezultatów pomiaru kąta dla czystej wody i roztworu o stężeniu początkowym:

wielkość a nazywamy skręceniem właściwym:

Dla roztworu stężeniu początkowym:

a=25,21/0,211*20=6,0450235=6 [st*cm2/g]

Niepewność tego pomiaru liczymy z prawa przenoszenia niepewności:

u(a)= 4,7393366=4 [st*cm2/g]

6. Wnioski:

Wykonanie powyższego ćwiczenia pozwala wyznaczyć kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji.

Roztwór sacharozy jest ośrodkiem optycznie czynnym, ponieważ zmienił położenie płaszczyzny polaryzacji w stosunku do płaszczyzny przechodzącej przez czystą wodę.

Im wyższe stężenie cukru w roztworze, tym zaobserwowany kąt skręcenia był większy(proporcjonalnie do stężenia roztworu).

Badane w ćwiczeniu zjawisko może być wykorzystywane w różnych dziedzinach do badania ilości substancji optycznie czynnej w roztworze.

Niewielkie odstępstwa od oczekiwanych przez nas wyników doświadczeń mogły być spowodowane wadami przyrządów pomiarowych:

-kuweta, w której umieszczony był badany roztwór była nieszczelna, przez co zawartość cukru (w gramach) w każdym z później przyrządzanych roztworów była nieco mniejsza,

(kolejne próbki przyrządzane były przez dolanie pewnej objętości wody),

-soczewki umieszczone w przyrządzie mogły być zabrudzone, co również mogło wpływać na wyniki doświadczenia,

-kropelki wody z nieszczelnej kuwety mogły osiadać na soczewce podczas wykonywanie obserwacji.

Napełnianie kuwety płynem musiało się obywać niezwykle starannie:

Należało uważać, aby w przyrządzie nie znalazł się pęcherzyk powietrza, ponieważ uniemożliwiał on wykonanie ćwiczenia.

Wykres wyraźnie pokazuje proporcjonalność kąta skręcenia do stężenia roztworu (w granicach niepewności).

---