Technik_analityk_311[02]_Z1.04

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

scharakteryzować parametry procesowe oraz wielkości fizyczne stosowane w technologii
chemicznej i analitycznej kontroli procesów technologicznych,

−

odczytać i sporządzić schematy aparatury pomiarowej stosowanej w technologii
chemicznej,

−

wyjaśnić budowę i działanie aparatury pomiarowej,

−

obsłuŜyć aparaturę pomiarową oraz dokonać jej konserwacji,

−

określić zastosowanie aparatury pomiarowej w analityce i procesach technologicznych,

−

dokonać

kontroli

analitycznej

charakterystycznej

dla

technologii

zakładów

przemysłowych,

−

dokonać pomiaru wartości wielkości fizycznych charakteryzujących materiały,

−

określić uŜytkowe właściwości substancji, jak: odporność na temperaturę i czynniki
chemiczne,

−

sporządzić dokumentację pomiarów i badań oraz zinterpretować uzyskane wyniki,

−

przedstawić wyniki w formie tabelarycznej i graficznej,

−

zinterpretować wyniki analiz ilościowych z zastosowaniem metod statystycznych,

−

zorganizować stanowisko pracy z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny
pracy oraz ochrony przeciwpoŜarowej,

−

dokonać obserwacji przebiegu ćwiczeń, zapisać wartości mierzonych wielkości
i parametrów oraz istotne zjawiska i przemiany,

−

scharakteryzować procesy jednostkowe realizowane w węźle technologicznym oraz określić
poziom zagroŜenia powodowanego ewentualną awarią,

−

dokonać analizy graficznego przedstawienia koncepcji procesowej i określić połoŜenie
węzłów analitycznych,

−

zastosować zasady technologiczne do oceny organizacji systemu kontroli analitycznej,

−

określić

sposoby

kontroli

procesów

technologicznych,

zastosować

kontrolę

międzyoperacyjną i finalną,

−

pobrać próbki analityczne w warunkach ciągłego procesu technologicznego,

−

scharakteryzować proces technologiczny, maszyny i urządzenia techniczne oraz budowę
i działanie aparatury pomiarowej,

−

wykonać pomiary parametrów procesowych i wielkości stosowanych w analityce,

−

dokonać kontroli analitycznej charakterystycznej dla technologii zakładów regionalnych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Podstawy metrologii

4.1.1. Materiał nauczania

Regulamin laboratorium zawiera przepisy będące częścią przepisów regulaminu

szkolnego, który uczeń ma obowiązek przestrzegać, lecz ponadto uwzględnia specyfikę zajęć.
W laboratorium  uczeń  styka  się  z  substancjami  szkodliwymi  dla  zdrowia,  z  kruchymi
naczyniami  szklanymi,  z  instalacją  gazową,  elektryczną  i  wodną.  Przy  nieumiejętnym
posługiwaniu  się  tymi  substancjami,  naczyniami  i  instalacjami  uczeń  moŜe  być  naraŜony  na
róŜne niebezpieczeństwa (zatrucie, poparzenie, skaleczenie, poraŜenie prądem elektrycznym),
a ponadto moŜe spowodować uszkodzenie sprzętu laboratoryjnego.

Uczeń powinien dbać o oszczędne uŜywanie odczynników, oszczędne gospodarowanie

wodą, gazem i prądem elektrycznym. Zasady pracy w laboratorium powinny być
ogólnodostępne.

Metrologia zajmuje się nauką o pomiarach. Procesy chemiczne charakteryzuje się podając

parametry procesowe.

Wielkość to właściwość, którą moŜna określić ilościowo. Pomiar wielkości polega na

porównaniu jej z wielkością tego samego rodzaju przyjętą umownie za równą jednostce.
Umowna wartość dająca informacje, ile razy mierzona wielkość jest większa lub mniejsza od
tej umownej jednostki, nazywamy jednostką miary:

wielkość = liczbowa wartość wielkości · jednostka miary

Międzynarodowy Układ Jednostek Miar, zwany układem SI, ma siedem jednostek

podstawowych: metr, kilogram, sekunda, amper, kelwin, mol, kandela.

Pozostałe jednostki są pochodnymi wynikają z równań definicyjnych. W celu zapisu

bardzo duŜych i bardzo małych miar, wprowadzono jednostki wtórne, których nazwy tworzy
się z odpowiedniego przedrostka.

RozróŜnia się:

−

pomiary bezpośrednie- poszukiwaną wartość uzyskuje się wprost z pomiaru;

−

pomiary pośrednie – poszukiwaną wartość oblicza się z pomiarów innych wielkości
odpowiednio z nią związanych.
Pomiary moŜna prowadzić metodą bezpośredniego porównania z wzorcem lub metodą

kompensacyjna zwaną zerową.

Wynik pomiaru na ogół odbiega od wartości wielkości mierzonej. RóŜnica ta nosi nazwę

błędu  pomiaru.  Dla  uŜytkownika  wynik  pomiaru  jest  przydatny  tylko  wtedy,  gdy  potrafi  on
określić  błąd  popełniony  w  trakcie  pomiaru.  RozróŜniamy  pojęcie  błędu  bezwzględnego
i błędu względnego.

Błąd bezwzględny jest to róŜnica algebraiczna pomiędzy wynikiem pomiaru

a wartością wielkości mierzonej X

−

Wartość wielkości mierzonej X uŜyta w tym wyraŜeniu jest wartością porównawczą.

W zasadzie  powinna  to  być  wartość  mierzonej  wielkości,  w  praktyce  uŜywa  się  jednak
wartości poprawnej (tzn. na tyle przybliŜonej do wartości rzeczywistej, Ŝe róŜnicę pomiędzy
nimi moŜna pominąć z punktu widzenia celu, do  którego wartość ta ma słuŜyć) lub średniej
arytmetycznej  wyników  serii  pomiarów.  Błąd  bezwzględny  wyraŜa  się  w  tych  samych
jednostkach co wielkość mierzoną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stosunek błędu bezwzględnego do wartości wielkości mierzonej zastosowanej do

obliczania tego błędu nosi nazwę błędu względnego ε

Najczęściej błąd względny określamy w procentach

100

⋅

Niezale

nie od przyczyn powstawania bł

dów mo

na podzieli

je na dwie grupy: bł

systematyczne i bł

dy losowe. Bł

dy systematyczne s

to bł

dy powtarzaj

ce si

przy

kolejnych pomiarach. Przyczyn

powstawania bł

dów systematycznych mo

e by

zarówno

niedoskonało

ść

wykonania przyrz

du pomiarowego, jak i daj

cy si

okre

wpływ

czynników zewn

trznych, takich jak np. temperatury, wilgotno

ci powietrza, ci

nienia

atmosferycznego. Bł

d ten jest stały dla danego przyrz

du albo zmienia si

według jakiego

znanego prawa. Bł

dy losowe s

to bł

dy zmieniaj

ce si

zarówno co do wielko

ci, jak

i znaku przy powtarzaniu pomiarów tej samej wielko

ci w praktycznie jednakowych

warunkach. Bł

dy te powstaj

w wyniku działania na przyrz

d nieuchwytnych zmian

warunków

zewn

trznych,

niedoskonało

samego

przyrz

pomiarowego

oraz

indywidualnych wła

ciwo

ci obserwatora. Bł

du losowego nie mo

na wyeliminowa

przez

wprowadzenie odpowiedniej poprawki. Mo

na jedynie na podstawie serii pomiarów

(wykonywanych przez tego samego obserwatora, za pomoc

tego samego narz

dzia

pomiarowego i w tych samych warunkach zewn

trznych) okre

z danym

prawdopodobie

stwem granice, w których znajduje si

ten bł

Wyniki pomiarów na ogół układa si

w tablice. Nale

y pami

o zanotowaniu na

tablicy daty i miejsca wykonywania pomiaru oraz oznaczenia jednostek, w których s

podawane wyniki.

Wad

tabelarycznego uj

cia wyników s

trudno

ci w okre

laniu warto

ci po

rednich oraz

mała przejrzysto

ść

nieobrazuj

ca jasno charakteru zale

ci pomi

dzy wyst

puj

cymi

wielko

ciami. Dlatego d

ąŜ

ymy do przedstawienia wyników w postaci graficznej, je

mierzona wielko

ść

A jest funkcj

jednej zmiennej B, zale

ść

A = f(B) mo

na łatwo

przedstawi

w układzie współrz

dnych prostok

tnych. Stosownie do charakteru tej zale

odpowiednio dobiera si

skal

. Przy sporz

dzaniu wykresów nale

y na osi odci

tych

odkłada

zmienn

niezale

. Skale wykresu mog

nie zaczyna

od zera, lecz ich punkty

graniczne musz

tak dobrane,

eby obejmowały najni

sze i najwy

sze warto

zmiennych. Skal

dobiera si

tak,

eby mo

na było łatwo odczyta

współrz

dne ka

dego

punktu. Przy doborze skali nale

y pami

e powinna ona zapewni

tak

dokładno

ść

odczytu przedstawionych graficznie wielko

ci, z jak

dokonano ich pomiaru.

Krzywa obrazuj

ca zale

ść

dzy zmiennymi powinna by

gła i bez załama

Na skutek bł

dów losowych nie wszystkie punkty pomiarowe le

Ŝą

na takiej krzywej.

W zasadzie dokładnie wykre

lona krzywa powinna przebiega

tak,

eby suma kwadratów

odległo

ci punktów od krzywej była najmniejsza. Przy pewnej wprawie krzyw

wykre

bez tych oblicze

, nale

y j

prowadzi

tak,

eby w przybli

eniu połowa punktów

wiadczalnych le

ała po jednej stronie krzywej, a połowa po drugiej. Przebieg krzywej jest

tym pewniejszy, im wi

cej mamy punktów pomiarowych. Jako minimum dla wykre

lenia

krzywej w sposób pewny przyjmuje si

5 punktów.

Urz

dzenia techniczne stosowane w technice pomiarowej dziel

na wzorce miar

i przyrz

dy pomiarowe.

Przyrz

d pomiarowy mo

na zdefiniowa

jako urz

dzenie słu

Ŝą

ce do przetwarzania

wielko

ci mierzonej lub innej wielko

ci zwi

zanej z ni

znan

funkcj

na wskazania lub inn

równorz

informacj

. Przyrz

dy te s

niezb

dne do kontrolowania procesów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

technologicznych. Stosuje się je zarówno w kontroli procesów podstawowych, całego
procesu, kontroli między operacyjnej i finalnej.

W kaŜdym przyrządzie pomiarowym moŜna wyodrębnić podstawowe części składowe,

rozpatrywane od strony spełnianej funkcji. Są one połączone szeregowo i przekazują
jednokierunkowo informacje za pośrednictwem linii łączących, zwanych torem pomiarowym.

Czujnik jest częścią przyrządu, na którą oddziałuje wielkość mierzona. RozróŜnia się

czujniki  stykowe,  stykające  się  bezpośrednio  ze  środowiskiem  mierzonym  oraz  czujniki
bezstykowe,  spotykane  rzadziej.  Czujnik  przetwarza  wielkość  mierzoną  na  inną  wielkość,
łatwiejszą  do  wykorzystania  praktycznego  w  elemencie  wskazującym  wartość  zmierzoną,
w mierniku.  Przetworzenie  następuje  według  znanej  zaleŜności,  sygnału  pomiarowego,  jest
wprost proporcjonalna do wartości wejściowego sygnału czujnika, to znaczy stanu mierzonej
wielkości.

Czujnik i miernik, występują nie tylko w złoŜonych układach pomiarowych, ale równieŜ

w przyrządach prostych.

Tor pomiarowy moŜe mieć długość od kilku centymetrów do setek kilometrów.

W praktyce  przemysłowej  tory  pomiarowe  mają  najczęściej  długości  do  kilkudziesięciu
metrów,  a  to  w  celu  umoŜliwienia  centralizacji  pomiarów  przez  umieszczenie  wszystkich
mierników  danego  agregatu,  oddziału  produkcyjnego  lub  całej  linii  produkcyjnej  na  jednej
tablicy pomiarowej, umieszczonej w sterowni.

Mierniki są tylko jednym z przykładów odbiornika sygnałów pomiarowych. OdróŜnia się

następujące odbiorniki:

−

wskaźnik, stwierdzający jedynie występowanie lub niewystępowanie danej wielkości;

−

miernik, wskazujący zmierzoną wartość;

−

rejestrator inaczej samopis, wskazujący i zapisujący zmierzoną wartość jako funkcję
czasu;

−

rejestrator XY, zapisujący mierzoną wartość wielkości X jako funkcję innej jednocześnie
mierzonej wielkości Y;

−

miernik sumujący zwany licznikiem;

−

sygnalizator, który wizualnie lub akustycznie sygnalizuje przekroczenie określonej
wartości;

−

drukarka, która wynik pomiaru zapisuje w postaci cyfrowej;

−

regulator automatyczny, słuŜący do automatycznego sterowania przebiegiem procesu.
Odbiornik w układzie pomiarowym musi być dopasowany do postaci fizycznej

dochodzącego sygnału pomiarowego. Dowolny układ pomiarowy składa się zawsze
z czujnika i z odbiornika, natomiast przetwornik stosuje się jedynie w razie potrzeby.

DuŜa część przyrządów pomiarowych jest wyposaŜona w mierniki wskazówkowe.

PołoŜenie ruchomej wskazówki jest zaleŜne od wartości sygnału pomiarowego i odczytuje się
je na podziałce składającej się ze zbioru wskazów. KaŜde wskazanie odpowiada określonej
mierze, wyraŜonej w jednostkach danej wielkości. Najczęściej stosowanym rodzajem są
tu kreski. JeŜeli ostrze wskazówki zajmuje połoŜenie pośrednie między sąsiednimi kreskami,
wówczas odczyt wartości mierzonej uściśla się przez interpolację.

OdróŜnia się następujące rodzaje podziałek:

−

jednostajna, jeŜeli podziałka ma jednakową długość wszystkich działek,

−

równomierna, jeŜeli wszystkie działki mają równą wartość,

−

regularna, jeŜeli podziałka jest jednocześnie jednostajna i równomierna.
Podziałki są naniesione na część przyrządu pomiarowego zwaną podzielnią. Często na

podzielni umieszcza się informacje o właściwościach przyrządu, (dokładność, pozycję pracy,
metodę pomiaru, napięcie zasilania itp.). Przyrządy pomiarowe czułe na pozycję pracy są
często wyposaŜone w poziomnice, umoŜliwiającą ich prawidłowe ustalenie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zakres pomiarowy przyrządu określa wartości, które moŜna mierzyć z określoną

dokładnością. Zakres pomiarowy jest określony dolną granicą, zazwyczaj równą zeru i górną
granicą.

Dokładność przyrządu pomiarowego określa się często terminem klasy. Klasa przyrządu,

podana  przewaŜnie  na  podzielni  w  postaci  liczby  oderwanej.  Jest  równa  największemu
błędowi  bezwzględnemu  podanemu  w  stosunku  do  róŜnicy  między  górną  i  dolną  granicą
zakresu pomiarowego, np. klasa 1 amperomierza o zakresie pomiarowym 0-50A oznacza, Ŝe
jego  błąd  względny  wynosi  1%  w  stosunku  do  górnej  granicy  zakresu  pomiarowego,
co odpowiada błędowi bezwzględnemu 0,5A na całym zakresie pomiarowym.

Przyrząd pomiarowy moŜna scharakteryzować jego czułością. Miarą czułości jest

najmniejsza zmiana wartości mierzonej powodująca zmianę wskazania przyrządu. Pojęcie
czułości jest związane z konstrukcją i starannością wykonania danego przyrządu.

Inną właściwością jest przełoŜenie pomiarowe przyrządu, które moŜna zdefiniować jako

stosunek przesuwu wskazówki wyraŜony miarą długości lub kąta do jednostkowego
przyrostu wartości mierzonej.

Wzorcowanie przyrządów pomiarowych polega na ustaleniu połoŜenia wskazów

odpowiednio  do  róŜnych  wartości  wielkości  mierzonej.  Na  podstawie  wzorcowania
przeprowadza  się  skalowanie  przyrządu.  Polega  ona  na  wykonaniu  podziałki  na  podstawie
wskazów  określonych  wzorcowaniem,  jeŜeli  wzorcowanie  objęło  tylko  główne  wskazy,
resztę wskazów nanosi się przez interpolację.

Obie te czynności są wykonywane pod nadzorem wyspecjalizowanej jednostki

organizacyjnej, spełniającej funkcję państwowej słuŜby metrologii prawnej. W Polsce funkcje
te spełnia Polski Komitet Normalizacji i Miar (PKNiM), uprawniony do sprawowania opieki
nad całą gospodarką przyrządami pomiarowymi.

PKNiM ma uprawnienia ustalania obowiązujących wzorców miar, opracowywania metod

ich odtwarzania, sposobów ich przechowywania oraz metod porównywania z wzorcami
praktycznymi, równieŜ ustalania pochodnych jednostek miar. PKNiM ma więc decydujący
wpływ na ustalanie podstaw metrologii stosowanej.

Legalizacja jest to stwierdzenie i zaświadczenie, Ŝe dany przyrząd pomiarowy spełnia

całkowicie wymagania przepisów legalizacyjnych.

Przyrządy pomiarowe z upływem czasu zmieniają swoją dokładność i dlatego muszą być

okresowo  sprawdzane.  JeŜeli  sprawdzona  dokładność  przyrządu  nie  mieści  się  juŜ  w  jego
klasie, wówczas przyrząd naleŜy naprawić, wyregulować, zmienić klasę podaną na podzielni
lub  zlikwidować.  Własności  metrologiczne  przyrządów  muszą  być  zgodne  z  ich  danymi
technicznymi.  Wszystkie  obowiązki  uŜytkowników,  mające  na  celu  zabezpieczenie
rzetelności pomiarów, są ujęte w przepisach państwowych.

W kaŜdym zakładzie przemysłowym jest laboratorium analityczne, które odpowiedzialne

jest za pobór oraz analizę substratów, półproduktów i produktów. Pracownik laboratorium
pobiera próbki analityczne w warunkach ciągłego procesu, co pozwala kontrolować
poprawność przebiegu produkcji.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Ile i jakie jednostki podstawowe obowiązują w układzie SI?

Jakie są rodzaje błędów pomiaru?

Jaka jest róŜnica pomiędzy błędem bezwzględnym a błędem względnym?

Jak naleŜy wyeliminować błędy losowe (systematyczne)?

Jak naleŜy zapisać wynik końcowy pomiaru, który jest rezultatem działań stopnia
wyŜszego niŜ pierwszy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jak naleŜy wykreślić krzywą obrazującą zaleŜność między zmiennymi?

Jakie są rodzaje podziałek przyrządów pomiarowych?

8. Jak określa się dokładność przyrządu pomiarowego?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ

niedokładność

termostatu,

wykorzystywanego

w procesie

fermentacji

beztlenowej.
Pomiar niedokładności termostatu prowadzi poprzez pomiar temperatury dodatkowym
termometrem rtęciowym umieszczonym w termostacie.

Związki chemiczne: woda.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

napełnić termostat wodą, tak aby pokrywała ona pompę,

ustawić za pomocą pokrętła na termometrze kontaktowym, umieszczonym w termostacie,
temperaturę 50ºC, w termostacie powinien być takŜe termometr rtęciowy z podziałką
w skali 0,1% za pomocą którego naleŜy kontrolować działanie procesu,

włączyć termostat, mierzyć temperaturę i czas w momencie włączania się i wyłączania
grzałki (kontrola za pomocą Ŝarówki i charakterystycznego odgłosu),

prowadzić obserwację do momentu ustabilizowania się temperatury przez 45 minut,

zestawić zebrane wyniki w tabeli,

sporządzić wykres zaleŜności temperatury od czasu czyli T(K)=f[t(s)],

zinterpretować otrzymany wykres, obliczyć wariancję i odchylenie standardowe od
nastawionej temperatury w termostacie,

określić niedokładność termostatu.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

termostat z termometrem kontaktowym i rtęciowym,

–

stoper,

–

papier milimetrowy i przyrządy kreślarskie.

Ćwiczenie 2

Przeprowadź wzorcowanie rotametru, na przepływ powietrza przy uŜyciu anemometru,

wykorzystywanego w procesie spalania węgla w kotle pyłowym.
Związki chemiczne: powietrze.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

podłączyć rotametr do spręŜarki,

skierować wylot powietrza rotametru na skrzydełka anemometru,

przepuszczać spręŜone powietrze tak, aby w rotametrze pływak utrzymywał się na
wybranym poziomie,

zmierzyć anemometrem prędkość liniową powietrza oraz wysokość, na jakiej oscyluje
pływak,

pomiar wykonać 3-krotnie dla róŜnych połoŜeń pływaka,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zanotować wyniki w tabeli,

obliczyć natęŜenie przepływu powietrza,

Wzór tabeli do ćwiczenia 2

Lp.

Ilość podziałek

Prędkość liniowa

[m/min]

NatęŜenie przepływu

[dm

/h]

wykonać wykres: natęŜenie przepływu powietrza V(m3/s)w funkcji połoŜenia pływaka
h(mm) czyli V(m3/s)=f[h(mm)].

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

rotametr zamontowany w statywie,

–

anemometr skrzydełkowy,

–

spręŜarka do powietrza,

–

przewody gumowe (węŜe) z zaworami,

–

papier milimetrowy i przyrządy kreślarskie.

4.1.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wymienić zadania metrologii?

wymienić czynności, jakie naleŜy wykonywać przy kaŜdym
pomiarze?

scharakteryzować rodzaje błędów pomiaru?

wymienić odbiorniki sygnałów pomiarowych?

scharakteryzować właściwości przyrządów pomiarowych: klasę,
czułość, przełoŜenie pomiarowe?

sklasyfikować przyrządy pomiarowe?

wymienić informacje, jakie powinna zawierać instrukcja eksploatacji
przyrządów pomiarowych?

dokonać wyboru przyrządu do określonego pomiaru?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Wybrane pomiary w procesach technologicznych

4.2.1.

Materiał nauczania

Ciśnienie (p) to wielkość skalarna określona jako wartość siły (F

) działającej prostopadle

do powierzchni podzielona przez powierzchnię (S) na jaką ona działa, co przedstawia
zaleŜność:

Jednostką ciśnienia jest paskal (Pa) z definicji -niuton na metr kwadratowy (N/m

Ciśnienie hydrostatyczne p, wyraŜone zaleŜnością p = hρg (g – przyspieszenie ziemskie),

jest wprost proporcjonalne do  wysokości słupa cieczy h i jej  gęstości ρ.  Ciśnienie wyraŜone
wysokością  słupa  cieczy,  najczęściej  wody  lub  rtęci,  stosuje  się  w  laboratoriach.  Jednostka
1milimetr  słupa  wody  (1  mm  H

O) jest to ciśnienie, które na swoją podstawę wywiera słup

wody  destylowanej  o  temperaturze  277,15  K=4°C  i  wysokości  1mm  przy  przyspieszeniu
ziemskim g = 9,80665 N/kg. Analogicznie jednostka 1milimetr słupa rtęci (1 mm Hg) określa
ciśnienie,  które  ma  swoją  podstawę  wywiera  w  temperaturze  273,15  K=0°C  i  przy
g = 9,80665  N/kg

słup rtęci wysokości 1 mm. Ciśnienie 760 mm Hg jest to atmosfera

fizyczna (symbol atm.).

ZaleŜnie od wielkości ciśnienia przyjętego za podstawę (umowne zero), od którego

zaczynamy mierzyć ciśnienie, rozróŜniamy:
1.

ciśnienie absolutne p

(bezwzględne), dla którego ciśnieniem zerowym jest próŜnia

absolutna.

ciśnienie względne mierzone od ciśnienia zerowego róŜnego od próŜni absolutnej. Jako
ciśnienie zerowe najczęściej przyjmuje się ciśnienie barometryczne (p

) tj. ciśnienie

otaczającej atmosfery. RóŜnica między ciśnieniem absolutnym większym od
barometrycznego nazywana jest nadciśnieniem (p

), a róŜnica między ciśnieniem

barometrycznym a mniejszym od niego ciśnieniem absolutnym nazywana jest
podciśnieniem (p

Przyrządy do pomiaru ciśnienia moŜna klasyfikować według róŜnych kryteriów, takich

jak zasada działania, dokładność przyrządu, rodzaj mierzonego ciśnienia.

Biorąc pod uwagę rodzaj ciśnienia, przyrządy do jego mierzenia moŜna podzielić na:

1. Barometry – do pomiaru ciśnienia atmosferycznego w otwartej przestrzeni.
2. Manometry bezwzględne (manobarometry) – do pomiaru ciśnienia bezwzględnego

w zamkniętej przestrzeni – zwane potoczni próŜniowymi.

Manometry – do pomiaru nadciśnienia w zamkniętej przestrzeni.

Wakuometry – do pomiaru podciśnienia w zamkniętej przestrzeni.

Manowakuometry – do pomiaru nadciśnienia i podciśnienia.

Manometry róŜnicowe – do pomiaru róŜnicy ciśnień w dwóch zamkniętych
przestrzeniach.
Podział z uwagi na zasadę działania przyrządu:

Cieczowe (hydrostatyczne) – oparte na równowaŜeniu mierzonego ciśnienia ciśnieniem
hydrostatycznym słupa cieczy.

Hydrauliczne (obciąŜeniowe) – oparte na zasadzie równowagi hydraulicznej pomiędzy
ciśnieniem mierzonym, działającym na jedną stronę przegrody ruchomej, a siłą
zewnętrzną działającą na drugą stronę tej przegrody.

SpręŜynowe, w którym miarą ciśnienia jest odkształcenie elementu spręŜystego.

4. Elektryczne oparte na zmianie właściwości elektrycznych pewnych materiałów pod

wpływem zmian ciśnienia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W technice (szczególnie w przypadku pomiaru wysokich ciśnień) mamy przewaŜnie do

czynienia z pomiarem róŜnicy ciśnień. Pomiary ciśnienia bezwzględnego to najczęściej
pomiar ciśnienia atmosferycznego, ciśnień niŜszych od atmosferycznego albo ciśnień
niewiele wyŜszych od atmosferycznego.

Temperatura jest wielkością określającą stopień ogrzania jakiegoś ciała, zaleŜną od

średniej  energii  kinetycznej  cząstek  tego  ciała.  Temperatury  nie  moŜna  zmierzyć
bezpośrednio,  dokonuje  się  tego  przez  pomiar  innych  wielkości  fizycznych  ciała
jednoznacznie  zaleŜnych  od  jego  temperatury  i  dających  się  łatwo  zmierzyć.  Takimi
wielkościami  są  rozszerzalność  objętościowa,  ciśnienie  pary  nasyconej,  opór  elektryczny,
natęŜenie promieniowania itp.

Temperatura, podobnie jak ciśnienie, jest jedną z podstawowych wielkości

warunkujących przebieg procesów technologicznych w przemyśle chemicznym. Jej wartość
wywiera znaczny wpływ na szybkość i wydajność reakcji.

Ze względu na sposób wykonywaniu, pomiary temperatury moŜna podzielić na:

pomiary stykowe, w których następuje wymiana ciepła pomiędzy badanym obiektem
i dotykającym do niego bezpośrednio czujnikiem,

pomiary bezstykowe, w których do oceny temperatury słuŜy jakaś wielkość dająca się
zmierzyć bez bezpośredniego dotyku czujnika do badanego obiektu.
Przyrządy słuŜące do pomiaru temperatury (termometry) najczęściej klasyfikujemy

według zasady działania:
1.

Termometry działające na zasadzie rozszerzalności cieplnej cieczy, ciał stałych i gazów.
W termometrach

cieczowych

szklanych,

wypełnionych

odpowiednią

cieczą

termometryczną (rtęć, alkohol inne), pod wpływem zmian temperatury zmienia się
objętość cieczy. Na zasadzie rozszerzalności cieplnej ciał stałych oparte są dwa rodzaje
termometrów: prętowe (dylatacyjne) i bimetaliczne. W termometrach manometrycznych,
ogrzewaniu w stałej objętości cieczy lub gazu towarzyszy wzrost ciśnienia.

Termometry rezystancyjne (oporowe) działające na zasadzie zmian rezystancji (oporu
elektrycznego) pod wpływem zmian temperatury.

W  termometrach  termoelektrycznych  wykorzystuje  się  występowanie  róŜnicy
potencjałów  elektrycznych  pomiędzy  dwoma  spoinami  dwóch  róŜnych  metali,
znajdującymi  się  w róŜnej  temperaturze.  Pomiar  temperatury  sprowadza  się  do  pomiaru
siły  elektromotorycznej,  zaleŜnej  od  róŜnicy  temperatury  obu  złączy  i  rodzaju  uŜytych
metali.

Termometry  optyczne,  w  których  wykorzystuje  się  występowanie  zaleŜności  pomiędzy
temperaturą rozŜarzonego ciała a wydzielanym przez nie promieniowaniem.
Idealną  skalą  temperatury  niezaleŜną  od  właściwości  fizycznych  ciał  jest
termodynamiczna skala temperatury wyprowadzona przez Kelwina w oparciu o II zasadę
termodynamiki.  Jednostką  temperatury  termodynamicznej  jest  kelwin  (symbol  K),

definiowany jako

273

część temperatury termodynamicznej punktu potrójnego

wody,.  dla  którego  przyjęto  wartość  273,15  K.  Woda  występuje  jednocześnie  w  trzech
stanach  skupienia  w  temperaturze  0,1°C  i  pod  ciśnieniem  0,00623  at.  Powiązanie
pomiędzy  powszechnie  uŜywaną  temperaturą  Celsjusza  t (wyraŜaną  w  stopniach
Celsjusza – symbol °C) a temperaturą termodynamiczną ma postać:

273

−

Stopie

Celsjusza równy jest kelwinowi. Punkt zerowy termodynamicznej skali

temperatury odpowiada najni

szej temperaturze, jak

na by uzyska

, w której zanika ju

wszelki ruch post

powy i drgaj

cy atomów i cz

steczek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Poziom cieczy w zbiorniku mierzy się w celu określenia jej ilości, bądź w celu utrzymania

jej  poziomu  na  określonej  wysokości.  Pomiar  poziomu  cieczy  dla  określenia  jej  ilości
w zbiorniku róŜni się od pomiaru poziomu w celu regulowania i utrzymania go na określonej
wysokości.  W  pierwszym  przypadku  zakres  pomiaru  jest  określony  wymiarami  zbiornika
i przyrząd  pomiarowy  powinien  umoŜliwiać  mierzenie  poziomu  od  poziomu  najniŜszego,
tj. od  dna,  do  górnej  krawędzi  zbiornika.  W  drugim  przypadku  pomiar  poziomu  waha  się
w wąskich granicach, zwykle 100–200 mm. Odpowiednio do celu, któremu ma słuŜyć pomiar
poziomu  cieczy,  stosujemy  róŜne  metody  pomiaru,  róŜne  typy  poziomowskazów  o  róŜnej
czułości i dokładności pomiaru.

RozróŜniamy dwa podstawowe typy poziomowskazów:

Poziomowskazy pływakowe. Zasadniczą częścią urządzenia jest pływak unoszący się na
powierzchni cieczy i wznoszący się lub opadający wraz z nią. Ruchy pływaka są
przekazywane mechanicznie urządzeniu wskazującemu.

Poziomowskazy

zbudowane

zasadzie

naczyń

połączonych.

Najprostszym

poziomowskazem tego typu jest zwykłe szkło wodowskazowe.

Przyrządy o małym zakresie pomiarowym mają punkt zerowy, odpowiadający

optymalnemu poziomowi cieczy, w środku podzielni i podziałkę określającą odchylenia od
normalnego poziomu w obie strony od punktu zerowego.

Przyrządy o duŜym zakresie pomiarowym mają punkt zerowy na początku podzielni,

podziałkę połoŜoną z jednej tylko strony, liczoną od zera do maksimum, i wskazują
wysokość poziomu cieczy nad dnem.

Pomiaru poziomu cieczy w zbiorniku moŜna dokonać bądź określając bezpośrednio

odległość  zwierciadła  cieczy  od  jakiegoś  poziomu  odniesienia,  np.  dna  zbiornika,
lub w sposób  pośredni  mierząc  wielkości  zaleŜne  od  wysokości  słupa  cieczy  w  zbiorniku.
Jeden z najprostszych  sposobów  pomiaru  poziomu  cieczy  w  otwartym  zbiorniku  polega  na
umieszczeniu  podziałki  na  wewnętrznej  ścianie  zbiornika  lub  po  zanurzeniu  w  zbiorniku
listwy z podziałką, która moŜe wyraŜać bądź wysokość cieczy  w zbiorniku w metrach, bądź
jej objętość w m

Pomiar ilości cieczy i gazów, czyli ogólnie płynów, w procesach technologicznych jest

czynnością bardzo istotną, waŜną i często spotykaną. Ilość płynu mierzymy bądź
w jednostkach masy (kg, t), bądź w jednostkach objętości (m

). Przeliczenia ilości płynu

wyraŜonej w jednostkach objętości na jego masę, dokonuje się przy pomocy wzoru:

⋅

gdzie: m – masa płynu [kg]

V – objętość płynu [m

]

ρ – gęstość płynu [kg/m

]

Ilość cieczy lub gazu przepływająca w ciągu jednostki czasu nosi nazwę natęŜenia

przepływu masowego lub objętościowego zaleŜnie od tego, czy jest mierzona
w jednostkach masy, czy w jednostkach objętości. Masowe natęŜenie przepływu wyraŜamy
w kg/s, kg/h, a objętościowe natęŜenie prze pływu w m

/s, m

/h.

Ilość gazu w warunkach przemysłowych zwykle wyraŜamy w jednostkach objętości.

Objętość tej samej, masy gazu jest róŜna w róŜnych warunkach temperatury i ciśnienia. Chcąc
jednoznacznie określić objętość gazu naleŜy podawać zarówno temperaturę jak i ciśnienie
w warunkach pomiaru. Zmiana

objętości cieczy w zaleŜności od zmian temperatury bądź

ciśnienia  jest  tak  niewielka,  Ŝe  moŜna  jej  w  pomiarach  przemysłowych  nie  uwzględniać.
Jednak  w  przypadkach  wymagających  wysokiej  dokładności,  gdy  naleŜy  uwzględnić zmianę
gęstości  cieczy  wynikającą  ze  zmiany  temperatury,  gęstość  tę  w  temperaturze  t  moŜna
określić w sposób przybliŜony z zaleŜności:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

)

(

−

gdzie: ρ

– gęstość cieczy w temperaturze 20°C

β – współczynnik rozszerzalności objętościowej [1/deg]
t – temperatura [°C]

Jeśli wprawimy w ruch jakąś warstwę cieczy lub gaz, to pociągnie ona za sobą

nieruchome  warstwy  sąsiednie.  Siła,  jaka  będzie  działać  na  kolejne  warstwy  sąsiednie,  jest
proporcjonalna do powierzchni zetknięcia się warstw, ich odległości i prędkości przesuwania się
względem  siebie  Współczynnik  proporcjonalności  nosi  nazwę  współczynnika  lepkości  lub
krócej  lepkości  dynamicznej.  W  układzie  SI  wymiarem  jednostki  lepkości  jest  N·s/cm

Często moŜna się spotkać z ilorazem lepkości i gęstości zwanej lepkością kinetyczną.

gdzie: ν – lepkość kinematyczna

µ – lepkość dynamiczna
ρ – gęstość

Jednostką lepkości kinematycznej w układzie SI jest m

/s. Mając daną lepkość

dynamiczną gazu w temperaturze 273°K (0°C) moŜna przeliczyć ją na lepkość w dowolnej
temperaturze posługując się wzorem:













gdzie: µ – lepkość dynamiczna w temperaturze T

– lepkość dynamiczna w temperaturze T

= 273°K

S – Stała Sutherlanda
T i T

– temperatura [°K

]

Lepkość gazu zaleŜy od temperatur i od ciśnienia. W przypadku ciśnień wyŜszych od

5 MPa, ten wpływ naleŜy uwzględniać a wzory znaleźć w literaturze monograficznej.

Przepływ płynu przez rurociąg lub kanał moŜe mieć dwojaki charakter. Przy małych

prędkościach  przepływu  moŜna  stwierdzić,  Ŝe  poszczególne  cząstki  płynu  poruszają  się
równolegle  do  osi  rurociągu,  przy  czym  cząstki  znajdujące  się  bliŜej  ścianek  przewodu
poruszają  się  wolniej,  a  znajdujące  się  bliŜej  środka  przewodu  szybciej.  Z  największą
prędkością  poruszają  się cząstki płynące wzdłuŜ osi rurociągu. Przepływ z takim rozkładem
prędkości nosi nazwę przepływu uwarstwionego (laminarnego). Przy zwiększaniu prędkości
przepływu  w  pewnym  momencie  zauwaŜymy  występowanie  poprzecznych  do  osi  przewodu
ruchów  cząstek  płynu  i tworzenie  się  wirów.  W  tym  przypadku  poza  niewielką  ilością
płynu  w  pobliŜu  ścianek  przewodu  pozostała  masa  będzie  poruszała  się  jednakową
prędkością  niezaleŜnie  od  odległości  od  osi  przewodu,  taki  rodzaj  przepływu  nosi  nazwę
przepływu burzliwego.

W obliczeniach technicznych operujemy średnią prędkością płynu określaną zaleŜnością:

śr

gdzie:

śr

– średnia prędkość płynu [m/s]

– objętościowe natęŜenie przepływu [m

/s];stosuje się równieŜ oznaczenie Q

– przekrój strumienia płynu [m

]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

O tym czy ruch jest burzliwy czy laminarny przesądza nie tylko u – prędkość przepływu

płynu [m/s], ale równieŜ D – średnica przewodu [m], ρ – gęstość płynu [kg/m

], µ – lepkość

dynamiczna płynu [N·s/m

= kg/m·s].Wszystkie te parametry decydujące o rodzaju ruchu

ujęte są w jedną zaleŜność zwaną kryterium (liczbą) Reynoldsa, którą oznaczamy symbolem
Re:

Równanie Bernoulliego opisuje parametry płynu doskonałego płynącego w rurze

(niekoniecznie  materialnie  istniejącej)  o  zmiennym  przekroju.  Wynika  ono  wprost  z  faktu
zachowania  objętości  cieczy  doskonałej  (która  jest  nieściśliwa)  i  zasady  zachowania  energii
mechanicznej.  ZałoŜenie,  Ŝe  ciecz  jest  nieściśliwa,  nie  jest  lepka  a  przepływ  stacjonarny
i bezwirowy pozwala sformułować uproszczoną zaleŜność:

const

gdzie: e

– energia jednostki masy płynu [J/kg]

ρ – gęstość cieczy [kg/m

]

v – prędkość cieczy w rozpatrywanym miejscu [m/s]
h – wysokość w układzie odniesienia, w którym liczona jest energia potencjalna [m]
g – przyspieszenie grawitacyjne [m/s

]

p – ciśnienie cieczy w rozpatrywanym miejscu [N/m

]

Poszczególne człony to: energia kinetyczna, energia potencjalna przyciągania ziemskiego,

energia ciśnienia. Energia jest stała tylko wówczas, kiedy element porusza się wzdłuŜ linii
prądu. Istnienie lepkości, przepływu wirowego rozprasza energię a ściśliwość zmienia
zaleŜność prędkości przepływu od ciśnienia

Równanie Bernoulliego moŜe być z pewną dokładnością stosowane takŜe dla cieczy

ściśliwych. Opracowano wersję równania dla płynów uwzględniającą zmianę energii
wewnętrznej płynu w wyniku zmiany róŜnych czynników.

Uwzględniając właściwości gazów moŜna przekształcić to równanie tak, by było

spełnione takŜe dla gazów. Choć pierwotne równanie Bernoulliego nie jest spełnione dla
gazów, to ogólne wnioski płynące z niego mogą być stosowane równieŜ dla nich.

Rys. 1. Graficzne przedstawienie równania Bernoulliego [1]

Z równania Bernoulliego (Rys. 1) dla sytuacji przedstawionej na rysunku zachodzi

prawidłowość:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Venturiego (zwane potocznie zwęŜką Venturiego). KaŜdy z tych typów zwęŜek inaczej
wpływa na przepływający strumień płynu i powoduje inny rozkład ciśnień w płynie.

Zasada działania zwęŜek jest idealną ilustracją równania Bernoulliego. W pewnym

miejscu  rurociągu,  w  którym  z  prędkością  v  przemieszcza  się  płyn  (gaz  lub  ciecz),  znajduje
się  przewęŜenie  o  znacznie  mniejszym  przekroju.  Z  prawa  Bernoulliego,  oraz  warunku
ciągłości  przepływu,  wynika,  Ŝe  kwadrat  prędkości  płynu  przed  zwęŜką  jest  wprost
proporcjonalny do róŜnicy ciśnień przed zwęŜką i na niej.

Wody znajduje się w powietrzu, materiałach pochodzenia naturalnego, wielu produktach

wytwarzanych  sztucznie,  jeŜeli  w  czasie  produkcji  czy  przechowywania  miały  one  kontakt
z wodą  lub  materiałami  wilgotnymi.  Woda  w  powietrzu,  i  w  innych  gazach,  znajduje  się
w postaci  pary.  Zawartość  wody  w  powietrzu  wpływa  na  zawartość  wilgoci  w  materiałach
stykających  się  z  powietrzem,  co  ma  wpływ  na  właściwości  tych  materiałów.  Zawartość
wody w gazach jest ograniczona zjawiskiem tzw. nasycania się gazu. Gaz jest nasycony parą
wodną,  jeŜeli  jej  ciśnienie  cząstkowe  jest  równe  ciśnieniu  pary  nasyconej  nad  czystą  wodą.
Zawartość  wilgoci  podaje  się  w  jednostkach  tzw.  wilgotności  bezwzględnej  w  kg  H

O/kg

substancji suchej. Wilgotność gazów moŜna wyraŜać w jednostkach tzw. wilgotności
względnej. Wilgotność względna jest to stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej w gazie
do ciśnienia pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze:

100

gdzie:

– wilgotno

ść

wzgl

dna [%]

P – ci

nienie pary wodnej w gazie [Pa]

– ci

nienie pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze [Pa]

Gdy ci

nienie pary wodnej nasyconej ro

nie ze wzrostem temperatury, wilgotno

ść

wzgl

dna maleje przy niezmiennym ci

nienie pary wodnej w gazie.

Zale

ść

dzy wilgotno

wzgl

i bezwzgl

podaje nast

puj

ca zale

ść

⋅

−

⋅

−

gdzie: P

– ci

nienie całkowite gazu [Pa]

18,02 – masa molowa pary wodnej [kg/kmol]
M – masa molowa gazu [kg/kmol]

eli gaz jest mieszanin

, wówczas przyjmujemy

redni

mas

molow

obliczon

z udziałów molowych poszczególnych składników.

Najprostszym sposobem pomiaru jest przepuszczenie okre

lonej obj

ci wilgotnego

gazu przez rurk

lub płuczk

wypełnion

substancj

silnie pochłaniaj

wilgo

. Znaj

c mas

naczynia z pochłaniaczem wilgoci przed przepuszczaniem gazu i po przepuszczeniu jego
okre

lonej ilo

ci mo

na łatwo obliczy

wilgotno

ść

ze wzoru:

100

−

gdzie: m

i m

– masa naczynia przed i po pochłanianiu [kg]

V – obj

ść

gazu po pochłanianiu[m

]

– g

sto

ść

gazu suchego[kg/m

]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Określ wilgotność powietrza psychrometrem Assmanna.

Związki chemiczne: woda, powietrze w dwóch pomieszczeniach o róŜnej wilgotności.
Pomiar wilgotności powietrza prowadzi się psychrometrem aspiracyjnym Assmanna.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

nasycić wodą gazę, którą owinięty jest termometr „mokry” przyrządu,

nakręcić mechanizm spręŜynowy, za pomocą klucza, który uruchamia wiatraczek
zasysający powietrze z przestrzeni wokół termometrów,

odczytać temperatury z termometru „suchego” i „mokrego” w momencie, gdy wiatraczek
przestaje się obracać, obliczyć róŜnicę temperatur i z tabeli psychrometrycznej odczytać
wartość wilgotności względnej w procentach,

wykonać 10 pomiarów wilgotności w róŜnych miejscach w laboratorium i innym
pomieszczeniu lub na powietrzu poza budynkiem, przedstawić wyniki w tabeli,

podać średnią wilgotność względną w badanych miejscach.

WyposaŜenie stanowiska pracy.

–

psychrometr aspiracyjny Assmanna,

–

tabela psychrometryczna,

–

zlewka,

–

kalendarz chemiczny.

4.2.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wymienić i opisać przyrządy do mierzenia róŜnego rodzaju ciśnienia?

wymienić

podstawowe

rodzaje

wodowskazów

stosowane

w przemyśle?

opisać zasadę pomiaru przepływu płynu za pomocą zwęŜki?

wymienić i opisać rodzaje przepływów płynu przez rurociąg?

wykorzystać wykres suszarniczy do określenia wilgotności
powietrza?

przedstawić zasadę pomiaru termometrem oporowym?

opisać budowę i zasadę działania psychrometru?

dokonać pomiaru ciśnienia ciśnieniomierzem naczyniowym z rurką
pochyłą?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Wybrane zagadnienia analizy instrumentalnej

4.3.1. Materiał nauczania

W przemyśle chemicznym często stosuje się elektrolizę do ilościowego oznaczania

pierwiastków. Metoda ilościowego oznaczania pierwiastków metalicznych, które zostały
wydzielone na katodzie w postaci metalu lub na anodzie w postaci tlenku metalu przy
zastosowaniu elektrolizy, nazywa się analizą elektrograwimetryczną.

Najczęściej ilość pierwiastka wydzielonego na elektrodzie wyznacza się z róŜnicy między

masą katody przed i po elektrolizie.

Proces elektrolizy zachodzi po zanurzeniu do roztworu elektrolitu dwóch elektrod

i przyłoŜeniu  do  nich  pewnego  napięcia.  JeŜeli  przyłoŜone  napięcie  będzie  stopniowo
wzrastało,  to  obserwuje  się,  Ŝe  po  przekroczeniu  pewnego  określonego  napięcia  zacznie
przepływać prąd. Napięcie to nazywa się napięciem rozkładowym. Niekiedy przy napięciach
mniejszych od napięcia rozkładowego obserwuje się nieznaczny przepływ prądu.

Na podstawie znajomości reakcji elektrodowych moŜna, stosując równanie Nernsta,

wyrazić potencjały reakcji elektrodowych. Całkowite napięcie przyłoŜone do elektrod
wyrazić wzorem:

anod

kat

−

gdzie: E

kat.

– potencjał katody [V]

anod.

– potencjał anody [V]

i – natęŜenie prądu [A]
R – rezystancja (opór) elektrolitu [Ω]

Iloczyn iR odpowiada napięciu potrzebnemu do spowodowania przepływu prądu

o natęŜeniu i przez elektrolit o rezystancji R (wynika to z prawa Ohma).

Wydzielanie metalu nie zachodzi przy potencjale obliczonym z równania Nernsta, lecz

przy napięciu większym. RóŜnicę między obliczonym napięciem a rzeczywistym nazywa się
nadnapięciem.

Ilość metalu m [g] wydzielona w czasie elektrolizy t [s] przez prąd o natęŜeniu i [A]

określona jest pierwszym prawem Faradaya:

kit

gdzie:

– równowaŜnik elektrochemiczny, określający ilość substancji wydzielonej przez

ładunek o wartości 1 kulomba [g/C].

Prawidłowe wykonanie elektrolizy wymaga dobrania odpowiednich warunków

zapewniających ilościowe wydzielenie oznaczanego składnika i odpowiednią jego strukturę.

Elektrolizę przeprowadza się przy takim napięciu, aby natęŜenie prądu było moŜliwie

duŜe. W ten sposób szybkość procesu jest duŜa. JednakŜe zbyt duŜe napięcie moŜe być
przyczyną wydzielania się drugiego metalu, jeŜeli w roztworze jest ich kilka.

Wprowadzenie do roztworu dodatkowej elektrody porównawczej pozwala na mierzenie

potencjału elektrody, na której następuje wydzielanie oznaczanego składnika. Znając napięcie
rozkładowe składników roztworu, moŜna tak regulować przyłoŜone napięcie, aby nie
przekroczyć napięcia rozkładowego drugiego metalu. Taki sposób przeprowadzania
elektrolizy nazywa się elektrolizą z kontrolowanym potencjałem.

Najczęściej stosuje się elektrolizę do wydzielania jednego składnika roztworu, który

oznacza się następnie wagowo. Niekiedy elektrolizę przeprowadza się w celu usunięcia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z roztworu wszystkich składników, które wydzielają się przy napięciu mniejszym od
przyłoŜonego. W ten sposób moŜna rozdzielić metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych
od większości metali cięŜkich, które wydziela się np. na katodzie rtęciowej.

NatęŜenie prądu powinno być tak dobrane, aby zapewniało odpowiednią gęstość prądu.

Wzrost  gęstości  prądu  powoduje  wzrost  szybkości  elektrolizy,  jednakŜe  zbyt  duŜa  gęstość
prądu  jest  przyczyną  powstawania  osadu  gąbczastego,  który  łatwo  odpada  od  elektrody
i utlenia  się  tlenem  z  powietrza.  Prąd  o  małej  gęstości  powoduje  powstawanie  osadów
krystalicznych  niepokrywających  całej  elektrody.  Jedynie  prąd  o średniej  gęstości  daje  osad
ściśle  przylegający  do  elektrody,  o  powierzchni  gładkiej  i błyszczącej.  Optymalne  gęstości
prądu są róŜne dla róŜnych metali.

Niekiedy w roztworze powinny znajdować się specjalnie dodane związki chemiczne

przyczyniające się do właściwej struktury osadu, np. miedź tworzy odpowiednie osady
jedynie w przypadku elektrolizy z roztworów zawierających kwas azotowy(V).

NatęŜenie prądu zaleŜy od oporu wewnętrznego elektrolitu. W celu zmniejszenia tego

oporu stosuje się dodawanie specjalnych elektrolitów, ogrzewanie roztworu, dobieranie
elektrod o odpowiedniej powierzchni i regulowanie odległości pomiędzy elektrodami.

Czas elektrolizy zaleŜy od kształtu elektrolizera i elektrody. Elektroliza moŜe trwać od

kilku  do  kilkunastu  godzin.  Czynnikami  skracającymi  czas  elektrolizy  są:  mieszanie
roztworu,  jego  ogrzewanie,  stosowanie  nierozcieńczonych  roztworów  i  elektrod  o  duŜej
powierzchni  (tzw.  elektroliza  przyspieszona).  Wymieniane  czynniki  powodują  wzrost
natęŜenia,  a  więc  i zwiększenie  gęstości  prądu,  co  powoduje  szybszy  przebieg  elektrolizy
i zapewniają odpowiednie właściwości osadu.

ZaleŜnie od rodzaju oznaczanego pierwiastka naleŜy dobrać skład roztworu elektrolitu.

Najczęściej  przeprowadza  się  elektrolizę  z  roztworów  zawierających  kwas  azotowy(V)  lub
siarkowy(VI). JednakŜe zbyt duŜe stęŜenie kwasu moŜe pod koniec elektrolizy spowodować
ponownie  rozpuszczanie  wydzielonego  metalu.  Obecność  jonów  chlorkowych  jest
niekorzystna,  poniewaŜ  wydziela  się  wówczas  na  anodzie  chlor,  moŜe  on  powodować
rozpuszczanie się anody lub metalu wydzielonego na katodzie.

W przemyśle chemicznym najczęściej stosuje się elektrody wykonane z platyny. Kształt

takich elektrod moŜe być bardzo róŜny. Powszechnie stosuje się elektrody w kształcie walca
wykonane  z  siatki  platynowej.  RóŜna  średnica  walca  umoŜliwia  umieszczanie  jednej
elektrody  wewnątrz  drugiej.  Elektrodę  o  mniejszej  średnicy  moŜna  wykorzystywać  jako
mieszadło,  jednakŜe  wygodniej  jest  stosować  mieszadło  magnetyczne.  Wykonanie  elektrod
z siatki ułatwia mieszanie roztworu.

Niekiedy wydzielany metal, np. cynk, bizmut, tworzy stopy z platyną i niszczy elektrodę.

Wówczas stosuje się elektrody z innego metalu, np. srebra. MoŜna stosować elektrody
z mniej szlachetnych metali, np. do wydzielania miedzi moŜna uŜyć elektrody miedzianej.

Polarografia jest jedną z elektrochemicznych metod analizy. Polega ona na badaniu zmian

natęŜenia prądu elektrycznego płynącego przez roztwór elektrolitu w zaleŜności od potencjału
jednej z elektrod. W czasie procesu elektrolizy potencjał drugiej elektrody jest stały (nie ulega
ona polaryzacji). W analizie polarograficznej wyniki pomiarów podaje się w postaci
wykresów przedstawiających zaleŜność natęŜenia prądu od napięcia (potencjału elektrody)
i znajduje się zaleŜność między natęŜeniem prądu a składem roztworu.

Polarografia wykazuje wiele zalet. Badania polarograficzne wykonuje się szybko i często

moŜna równocześnie oznaczać kilka substancji. Oznaczenia polarograficzne moŜna powtarzać
kilkakrotnie w tym samym roztworze. Oznaczenia te są w duŜym stopniu zautomatyzowane.
Metody polarograficzne są bardzo czułe i precyzyjne, mogą być stosowane do oznaczania
stęŜeń rządu 10

-2

- 10

-6

mol/1.

Metodami polarograficznymi moŜna oznaczać większość metali, niektóre aniony

i związki organiczne, które ulegają reakcjom elektrodowym. Polarografię zastosowano do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

analizy stopów metali wysokiej czystości, rud i innych materiałów nieorganicznych.
W analizie organicznej polarografia została zastosowana do oznaczania aminokwasów,
cukrów, alkaloidów, witamin, nitrozwiązków i innych substancji.

W polarografii stosuje się: kroplową elektrodę rtęciową i elektrodę porównawczą.
Kroplowa elektroda rtęciowa jest wykonana z grubościennej kapilary szklanej długości

kilkunastu centymetrów. Średnica wewnętrzna takiej kapilary wynosi 0,03–0,05 mm.
Kapilara jest połączona za pomocą węŜa polietylenowego ze szklanym zbiornikiem na rtęć.

W polarografii elektrodami porównawczymi są elektrody kalomelowe o duŜej

powierzchni lub tak zwana elektroda rtęciowa, czyli warstwa rtęci umieszczona na dnie
naczynka polarograficznego połączona za pomocą przewodu elektrycznego z polarografem.

Do łączenia kapilary ze zbiornikiem moŜna stosować wąŜ gumowy lub z tworzyw

sztucznych.  Długość  węŜa  naleŜy  dobrać  tak,  aby  maksymalna  wysokość  poziomu  rtęci
w zbiorniku w stosunku do wylotu kapilary wynosiła około 50 cm. Z kapilarą polarograficzną
naleŜy  obchodzić  się  ostroŜnie  i  nie  dopuścić  do  jej  zanieczyszczenia.  Po  uŜyciu  kapilarę
naleŜy  wyjąć  z roztworu  i  opłukać  wodą  destylowaną.  Przy  tych  czynnościach  z  kapilary
powinny wypływać krople rtęci. Po opłukaniu kapilarę umieszcza się na statywie i opuszcza
się  zbiornik  z rtęcią  do  takiego  poziomu,  aby  rtęć  nie  wypływała  (kapilarę  przechowuje  się
w powietrzu,  chroniąc  ją  przed  kurzem).  Ponowne  uruchomienie  kapilary  następuje  przez
podniesienie  zbiornika  rtęci  na  wyŜszy  poziom,  i  umieszczenie  kapilary  z wypływającymi
kroplami  rtęci  w badanym  roztworze.  NaleŜy  sprawdzić,  czy  nie  powstały  przerwy  w  rtęci,
co uniemoŜliwia przepływ prądu przez kapilarę. Przerwy takie naleŜy ostroŜnie usunąć.

Elektroda kroplowa wykazuje następujące zalety w porównaniu z innymi elektrodami:

−

powierzchnia jej jest stale odnawiana i dlatego nie ma obawy o zmianę jej zachowania się
wskutek osadzania się na jej powierzchni metali, które mogą zmienić charakter elektrody,

−

nowe krople rtęci stykają się ze świeŜym elektrolitem w wyniku mieszania roztworu przez
opadające krople,

−

wysokie nadnapięcie wodoru na rtęci powoduje, Ŝe praktycznie potencjał wydzielania
wodoru jest większy od potencjału innych jonów,

−

rtęć jest metalem szlachetnym i dlatego nie reaguje z roztworami,

−

elektrodę  kroplową  zazwyczaj  stosuje  się  w  zakresie  potencjałów  (+0,4)–(-0,7)  V
w roztworach  kwaśnych.  W  roztworach  obojętnych  lub  zasadowych  elektrodę  moŜna
stosować aŜ do -1,9V.
Do  oznaczania  małych  zawartości  substancji  moŜna  wykorzystać  fakt,  te  tworzą  one

z odpowiednimi odczynnikami koloidalne zawiesiny. JeŜeli koloid jest nietrwały, moŜna
zapobiec jego koagulacji i sedymentacji dodając koloidu ochronnego, np. Ŝelatyny.

Trwałe zawiesiny wykazują specjalne właściwości optyczne. Wiązka promieniowania

padającego na mętny ośrodek zostaje tylko częściowo przepuszczona. Reszta ulega absorpcji
i rozproszeniu (zjawisko Tyndalla).

Turbidymetria zajmuje się pomiarami stosunku natęŜenia promieniowania padającego

do natęŜenia I

promieniowania, które przeszło przez mętny ośrodek, przy czym I

jest

odwrotnie proporcjonalne do ilości zawiesiny, a zatem do stęŜenia oznaczanego składnika.

Nefelometria opiera się na pomiarach natęŜenia promieniowania I

rozproszonego przez

cząstki ośrodka. Pomiar przeprowadza się na zasadzie porównania wielkości I

bądź

z natęŜeniem I

promieniowania padającego, bądź z natęŜeniem I'

promieniowania

rozproszonego  przez  odpowiedni  wzorzec.  Równania  przedstawiające  zaleŜność  pomiędzy
zdolnością  rozpraszania  promieniowania  i  pochłaniania  go  przez  zawiesinę  a  stęŜeniem
substancji  i  grubością  warstwy  nie  są  w  turbidymetrii  tak  proste,  jak  w  przypadkach
opisanych prawami Bouguera-Lamberta-Beera.

Konieczne jest przy otrzymywaniu zawiesiny ścisłe zachowanie identyczności warunków,

które decydują o rozmiarach cząstek koloidalnych, a więc wpływają na wartość natęŜenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

promieniowania  rozproszonego.  Wielkość  cząstek  zawiesiny  zaleŜy  nie  tylko  od  składu
roztworu,  temperatury,  pH,  sposobu  i  kolejności  dodawania  odczynników  oraz  od  czasu,
który  upłynął  od  ich  wprowadzenia,  ale  takŜe  od  stęŜenia  substancji  tworzącej  koloidalny
osad.

Pomiary turbidymetryczne moŜna wykonywać za pomocą wszystkich aparatów

stosowanych  w  spektrofotometrii  (kolorymetrii).  NaleŜy  tylko  zaczernić  lub  osłonić  boczne
ściany  kiuwet,  aby  zniwelować  ewentualne  wtórne  odbicie  promieniowania  rozproszonego.
Oznaczenia  turbidymetryczne  wykonuje  się  wizualnie  w  cylindrach  Nesslera  lub  Hehnera,
albo z zastosowaniem kolorymetrów i spektrofotometrów na światło widzialne.

Pomiary nefelometryczne wymagają przyrządów lub aparatury zbudowanej nieco inaczej.

Najprostszą wizualną metodą nefelometryczną jest porównywanie ze skalą wzorców, moŜna
w tym  celu  stosować  cylindry  kolorymetryczne,  wstawione  do  zaczernionego  wewnątrz
pudełka,  z  wyciętymi  otworami  w  bocznej  ścianie.  Przez te  otwory  obserwuje  się  zawiesiny
umieszczone  w  cylindrach.  W  turbidymetrii  i  w  nefelometrii  stosuje  się  technikę
porównywania ze skalą wzorców i metodę krzywej wzorcowej.

Trudność otrzymania zawsze identycznych zawiesin sprawia, Ŝe metody turbidymetryczne

i nefelometryczne  nie  dają  precyzyjnych  wyników.  Najczęściej  stosuje  się  je  w  wersji
wizualnej do półilościowych oznaczeń lub do sprawdzenia, czy zawartość zanieczyszczającej
preparat  substancji  nie  przekracza  wartości  dopuszczalnej  według  odpowiedniej  normy.
Wykonuje  się  wówczas  porównawczy  pomiar  turbidymetryczny  lub  nefelometryczny.
Wzorcem jest substancja zawierająca dopuszczalną ilość zanieczyszczenia.

Emisyjna analiza spektralna jest metodą polegającą na określeniu składu chemicznego

substancji na podstawie promieniowania, emitowanego przez wzbudzone atomy i cząsteczki.
Wzbudzenie  atomów  i  cząsteczek  zachodzi  najczęściej  w  łuku  lub  iskrze  elektrycznej.
Promieniowanie  to  rozszczepia  się  za  pomocą  pryzmatu  lub  siatki  dyfrakcyjnej  na
tzw. widmo.  Uzyskane  w  ten  sposób  widma  mogą  być:  liniowe  (emitowane  przez  atomy
i jony  gazów),  pasmowe  (emitowane  przez  cząsteczki  w  postaci  pary)  i  ciągłe  (emitowane
przez ciecze i ciała stałe).

W analizie znalazły zastosowanie jedynie widma liniowe, które są rejestrowane w sposób

fotograficzny za pomocą spektrografów. Analiza emisyjna jest metodą bardzo czułą, szybką
i uniwersalną, jednakŜe prawidłowe przeprowadzenie analizy nie jest łatwe.

Podczas analizy naleŜy utrzymać jednakowe warunki wzbudzenia (często źródła

wzbudzenia  są  niestabilne)  i  rejestracji  promieniowania  (naleŜy  przestrzegać  jednorodności
emulsji  fotograficznej,  jednakowych  warunków  wywoływania  i  utrwalania  klisz).  Istotne  są:
wpływ  struktury,  zmiany  składu  chemicznego  badanych  próbek,  oraz  stosowane  wzorce
(wzorce  powinny  mieć  skład  maksymalnie  zbliŜany  do  składu  próbki,  aby  uniknąć  wpływu
innych pierwiastków na wyniki oznaczenia).

Emisyjną analizę spektralną dzielimy na analizę jakościową i ilościową. Spektralna

analiza jakościowa pozwala określić skład jakościowy badanej substancji. Analiza spektralna
jest  bardzo  prosta  w  porównaniu  z  chemiczną  analizą  jakościową.  Przeprowadzenie  jej  jest
moŜliwe  z bardzo  małą  ilością  substancji  badanej  (wystarczy  0,1–1  mg).  Badana  próbka  nie
wymaga  Ŝadnej  obróbki  chemicznej.  Jedynie  w  niektórych  przypadkach  skład  chemiczny
próbki  moŜe  być  taki,  Ŝe  nie  wszystkie  pierwiastki  ulegną  wzbudzeniu.  Spektralna  analiza
ilościowa  korzysta  z  zaleŜności  między  stęŜeniem  danego  pierwiastka  w  materiale  badanym
a natęŜeniem promieniowania emitowanego przez atomy tego pierwiastka po ich wzbudzeniu.

Fotometria płomieniowa jest metodą analizy spektralnej, polegającej na pomiarze

intensywności promieniowania atomów, które są wzbudzane w płomieniu. Na podstawie
intensywności promieniowania moŜna wnioskować o ilości pierwiastka w badanej próbce.

Procesy zachodzące podczas wzbudzania atomów w płomieniu są takie same jak podczas

wzbudzania atomów w analizie spektralnej. Wielkość potencjału wzbudzenia linii ostatnich

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

jest  podstawą  podziału  pierwiastków  na  trzy  grupy:  pierwiastki  o  niskich  potencjałach
wzbudzania  (od  1,4  do  3  eV),  pierwiastki  o średnich  potencjałach  wzbudzenia  (od  3  do
10 eV),  pierwiastki  o wysokich  potencjałach  wzbudzenia  (od  10  do  35  eV).Te  trzy  grupy
pierwiastków  wymagają  róŜnych  źródeł  wzbudzania.  Grupą  pierwszą  moŜna  wzbudzać
w płomieniu  gazowym.  Do  grupy  tej  naleŜą  głównie  metale  alkaliczne  i metale  ziem
alkalicznych.  Po  wzbudzeniu,  emitują  one  promieniowanie  widzialne  i wywołują
charakterystyczne zabarwienie płomienia.

Absorpcyjna spektrometria atomowa wykorzystuje fakt, Ŝe atomy w stanie gazowym są

nie  tylko  źródłem  promieniowania  wzbudzonego,  ale  równieŜ  absorbują  promieniowanie
wysyłane  przez  atomy  tego  samego  pierwiastka.  Metoda  polega  na  badaniu  substancji
przeprowadzonej  w stan  gazowy  (rozpylanie  roztworu  w  płomieniu  lub  rozkład  substancji
w wysokiej  temperaturze  w  specjalnej  kuwecie  grafitowej)  i  poddaniu  jej  działaniu
promieniowania  wysyłanego  przez  lampę  z  katodą  wnękową  wykonaną  z  oznaczanego
metalu. W widmie promieniowania emitowanego przez lampę występują jedynie linie metalu,
z którego jest ona wykonana. Po przejściu promieniowania przez płomień (lub kuwetę) ulega
ono osłabieniu (absorpcji), poniewaŜ jego część została zuŜyta na wzbudzenie atomów metalu
znajdujących  się  w  płomienni  w  stanie  podstawowym.  Absorpcja  promieniowani  jest
proporcjonalna do stęŜenia metalu. Wynik analizy, zaleŜy od. temperatury płomienia. W zbyt
niskiej  temperaturze  wzbudzeniu  ulega  tylko  mała  część  atomów  i intensywność
promieniowania  jest  za  mała.  W zbyt  wysokiej  temperaturze  moŜe  w  płomieniu  nastąpić
jonizacja  atomów  oznaczanego  pierwiastka.  Powstające  jony  spowodują  zmniejszenie
stęŜenia atomów i zmniejszenie natęŜenia promieniowania (widmo jonów jest inne niŜ widmo
atomów). Z tego powodu waŜny jest odpowiedni dobór składu mieszaniny gazowej, którą jest
zasilany  płomień.  Najczęściej  stosuje  się  mieszaninę  gazu  świetlnego  z  powietrzem,  gazu
świetlnego z tlenem, mieszaninę acetylen-powietrze oraz acetylen-tlen.

Od temperatury płomienia zaleŜą procesy zachodzące w płomieniu po wprowadzeniu do

niego  badanego  roztworu  w  postaci  aerozolu.  Drobne  kropelki  cieczy  w płomieniu  ulegają
odparowaniu  i  powstają  z  nich  cząstki  stałe,  które  parują,  a  powstające  pary  soli  ulegają
dysocjacji  termicznej  na  atomy,  które  mogą  ulec  wzbudzeniu,  jonizacji  lub  utworzyć  nowe
związki.  Przebieg  tego  procesu  zaleŜy  od  szybkości  odparowania  roztworu,  parowania
cząstek  stałych  i  od  stopnia  rozpylenia  cieczy  wprowadzanej  do  płomienia.  RównieŜ  skład
chemiczny  roztworu  ma  wpływ  na  wyniki.  JeŜeli  roztwór  zawiera  duŜą  ilość  soli  trudno
lotnych,  to  obserwowana  intensywność  promieniowania  będzie  mniejsza  niŜ  w przypadku
roztworu  o  tym  samym  stęŜeniu  oznaczanego  pierwiastka  dla  soli  lotnych.  Podobnie
wzbudzenie pierwiastków zaleŜy od anionów zawartych w roztworze. Najłatwiej wzbudzeniu
ulegają  siarczany  metali  alkalicznych.  Chlorki  tych  metali  wzbudzane  są  trudniej,  a  jeszcze
słabiej  wzbudzane  są  fosforany.  Efekt  wpływu  anionu  obserwuje  się  w  płomieniach
o niŜszych temperaturach.

W momencie kiedy temperatura płomienia jest odpowiednio wysoka, to efekt ten moŜe

nie wystąpić. Wpływ anionów na intensywność promieniowania zaleŜy od stęŜenia anionów.
Wpływu  negatywnych  czynników  moŜna  uniknąć.  W  tym  celu  pomiary  intensywności
promieniowania  przeprowadza  się  dla  roztworów  o  zbliŜonym  składzie  chemicznym  oraz
stosując stałą temperaturę płomienia (reguluje się ją w pewnym zakresie, zmieniając ciśnienie
gazu  palnego  i  utleniacza  doprowadzanych  do  palnika).  W przypadku  roztworów
o nieznanym  składzie  chemicznym  najlepiej  jest  wykonywać  oznaczenie  fotometryczne
metodą dodawania wzorca.

Najistotniejszym parametrem opracowania metod absorpcyjnej spektrometrii atomowej

do oznaczania pierwiastków jest dobór linii analitycznych, na których opiera się metoda.
Wybór ten naleŜy przeprowadzić pod kątem uzyskania największej moŜliwej absorpcji oraz
najmniejszych zakłóceń. W przypadku metali alkalicznych są to linie rezonansowe, te same,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

które  dają  najlepsze  wyniki  w  emisji.  W  przypadku  innych  metali  o  bardziej
skomplikowanym  widmie  do  pomiarów  absorpcji  niekoniecznie  najlepsze  są  linie  dające
najlepszą  emisję.  Oznaczalność  metod  absorpcji  atomowej  moŜna  poprawić  stosując  lampy
o większej intensywności, zmniejszając tło, które powoduje płomień, przez jego odpowiedni
dobór  i zwiększając  ilość  roztworu  podawaną  do  płomienia  w  jednostce  czasu.  RównieŜ
wybór właściwej strefy
w płomieniu i odpowiedni dobór szczeliny wpływa na nachylenie krzywej. Tło w stosunku do
mierzonego sygnału jest związane z określoną aparaturą, stałością pracy wzmacniacza
i zasilaczy oraz stałością pracy rozpylacza.

Metoda absorpcyjnej spektrometrii atomowej jest szeroko stosowana do oznaczania

śladowych zawartości wszystkich metali. Jest bardzo czułą metodą i słuŜy do oznaczania
bardzo wielu pierwiastków.

Podstawą spektroskopii magnetycznej rezonansu jądrowego (NMR – z ang. Nuclear

Magnetic Resonance) jest zdolność absorbowania promieniowania o radiowej częstości drgań
(10

–10

Hz) przez jądra izotopów, mające moment magnetyczny, umieszczone w silnym

zewnętrznym polu magnetycznym (10000–25000 Gs).

Absorpcja promieniowania przez jądro daje sygnał NMR, którego natęŜenie jest

proporcjonalne  do  ilości  zaabsorbowanego  promieniowania,  zaleŜnej  od  całkowitej  liczby
jąder.  Prawdopodobieństwo  zaabsorbowania  promieniowania  przez  jądro  jest  jednak
stosunkowo  małe,  stąd  metoda  NMR  jest  mało  czuła  w  porównaniu  z  innymi  metodami
spektrofotometrii  absorpcyjnej.  Z  analitycznego  punktu  widzenia  waŜne  jest  natęŜenie  linii
NMR,  czyli  powierzchnia  zawarta  pod  pikiem  absorpcji.  Częstość  drgań  promieniowania
absorbowanego  w procesie  NMR  przy  określonej  wartość.  H

zaleŜy nie tylko od samego

jądra, lecz takŜe od chemicznego otoczenia jądra oraz od tzw. sprzęŜenia spin-spin.

Pierwsza zmiana częstości drgań absorbowanych, zwana przesunięciem chemicznym,

wywołana  jest  ekranującym  działaniem  chmury  elektronowej  otaczającej  jądro.  Wirując
przeciwdziała  ona  zewnętrznemu  polu  magnetycznemu  i  powoduje,  Ŝe  jego  natęŜenie  się
zmniejsza.  Przesunięcie  chemiczne  jest  szczególnie  silne,  gdy  w  pobliŜu  protonów  znajdują
się  wiązania  zawierające  elektrony  π,  np.  pierścień  benzenowy,  wiązania  C=O,  C=C,  C≡C.
Przesunięcia  chemiczne  są  charakterystyczne  dla  danej  konfiguracji  wokół  jądra,  są  one
wykorzystywane w identyfikacjach substancji za pomocą metody NMR. SprzęŜenie spin-spin
powoduje  rozszczepienie  linii  NMR  na  dublety  lub  multiplety,  a  jest  ono  spowodowane
oddziaływaniem

poprzez

wiązanie

między

sąsiednimi

jądrowymi

momentami

magnetycznymi,  co  powoduje  rozszczepienie  poziomu  energii  jądra.  Zamiast  jednego
przejścia  energetycznego,  dającego  jedną  linię  absorpcji,  obserwuje  się  dwa  lub  więcej
przejść dających odpowiednio dublet lub multiplet. Zjawisko to jest równieŜ wykorzystywane
do  identyfikacji  określonych  konfiguracji  atomów.  Przesunięcia  chemiczne  i  rozszczepienia
spowodowane  sprzęŜeniem  spin-spin  stanowią  podstawę  widma  NMR  cząsteczki.
Przesunięcia  te  obserwuje  się  w  praktyce  w stosunku  do  sygnału  cząsteczki,  dającej  tylko
jedną  linię,  przyjętego  umownie  jako  zerowy.  Jedną z powszechnie  w  tym  celu  przyjętych
substancji jest czterometylosilan (TMS).

Analiza (spektroskopia) masowa wykorzystuje róŜnice w poruszaniu się zjonizowanych

fragmentów  próbki  w  silnym  polu  magnetycznym.  W  polu  tym  jony  są  odchylane
proporcjonalnie  do  stosunku  ich  masy  m  do  ładunku  elektrycznego  e.  Jeśli  na  drodze  jonów
ustawimy detektor, którym moŜe być np. płyta fotograficzna, jony o róŜnych wartościach m/e
będą  padać  na  róŜne  miejsca  płyty,  powodując  zaczernienie  zaleŜne  od  liczby  jonów
o jednakowym stosunku m/e. Otrzymuje się w ten sposób widmo masowe.

Sprawne działanie spektrometru masowego wymaga pracy w wysokiej próŜni, aby

wyeliminować obecność jonów tworzących się ze składników powietrza, dokładnej
stabilizacji procesu jonizacji próbki oraz dobrych detektorów. Nowoczesna aparatura do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

spektroskopii  masowej  składa  się  z  trzech  zasadniczych  bloków:  urządzenia  do  jonizacji
(źródła  jonów),  analizatora  mas  i  detektora.  Dochodzą  do  tego  urządzenia  do  wprowadzania
próbki  i  urządzenia  do  rejestracji  wskazań  detektora.  RozróŜnia  się  cztery  typy  urządzeń  do
jonizacji: termiczne, elektronowe, przez bombardowanie jonami i iskrowe próŜniowe.

W przemyśle są głównie stosowane magnetyczne analizatory, (z pojedynczym lub

podwójnym ogniskowaniem), analizatory oparte na pomiarze czasu przelotu i analizatory
kwadrupolowe (omegatrony). Detektory stosowane w przemyśle to przede wszystkim
elektrometry, powielacze elektronowe i fotopowielacze oraz płyty fotograficzne.

Podstawą stosowania metod radiometrycznych w analizie jest pomiar promieniowania

α, β  lub  γ,  emitowanego  przez  naturalne  lub  sztuczne  izotopy  promieniowaniotwórcze
pierwiastków.  Izotopy  znalazły  róŜnorodne  zastosowanie  do  kontroli  procesów
technologicznych  i  analizy.  Pod  wpływem  naświetlenia  materiału  badanego  neutronami
powstają w nim izotopy promieniotwórcze pierwiastków, z których składa się dany materiał.
Zjawisko  to  wykorzystuje  się  w  analizie  aktywacyjnej.  Ilość  powstających  atomów  izotopu
promieniotwórczego  jest  wprost  proporcjonalna  do  zawartości  pierwiastka  w  badanym
materiale.  Przy  zachowaniu  stałych  warunków  pomiaru  moŜna  porównywać  próbki  o  róŜnej
zawartości  pierwiastka.  Ilość  powstałego  izotopu  określa  się  mierząc  jego  promieniowanie.
Najczęściej  stosuje  się  pomiar  za  pomocą  licznika  scyntylacyjnego.  PoniewaŜ  w  wyniku
naświetlenia  powstają  równocześnie  izotopy  róŜnych  pierwiastków,  to  układ  pomiarowy
powinien  umoŜliwiać  eliminację  promieniowania  innych  izotopów.  Przyrządem  takim  jest
spektrometr  gamma,  który  pozwala  na  analizę  wieloskładnikowej  mieszaniny  izotopów.
Oprócz badanej próbki równocześnie naświetla się wzorce o znanej zawartości oznaczanych
pierwiastków. Następnie mierzy się aktywność powstałych izotopów. Zawartość oznaczanego
pierwiastka oblicza się ze wzoru

gdzie: m

i m – zawartość oznaczanego pierwiastka w próbce badanej i wzorcu

i I – aktywność powstałego izotopu w próbce badanej i wzorcu

Oznaczanie tą metodą wymaga przestrzegania wielu warunków. Metodą tą moŜna

oznaczyć wiele pierwiastków z dokładnością do kilku procent, jest to metoda bardzo czuła
i w niektórych przypadkach moŜna nawet oznaczać 10

-9

–10

-12

g takich pierwiastków, jak glin,

arsen, ren, tantal.

Przyrządy do pomiarów radiometrycznych umoŜliwiają ilościowy pomiar pierwiastków

promieniotwórczych. Pomiar taki opiera się na rejestracji promieniowania α, β lub γ
wysyłanego

podczas

rozpadu

przez

atomy

pierwiastków

promieniotwórczych.

Promieniowanie to przechodząc przez materię wywołuje w niej zmiany. Pojawiają się cząstki
naładowane elektrycznie (jony i elektrony). JeŜeli proces zachodzi w gazie, to gaz przewodzi
prąd. Przepływ prądu jest rejestrowany w detektorze promieniowania. Przyrządy umoŜliwiają
rejestrację  poszczególnych  rozpadów.  Jedna  cząsteczka  α,  β  lub  γ  jest  rejestrowana  przez
przyrząd  jako  jeden  impuls.  Liczba  zarejestrowanych  impulsów  odpowiada  liczbie
cząsteczek,  które  dotarły  do  przyrządu  rejestrującego.  W badanej  próbce  podaje  się
zarejestrowaną liczbę impulsów w jednostce czasu (imp./min). Szybkość liczenia jest zawsze
mniejsza  od  liczby  rozpadów  atomów  dlatego,  Ŝe  do  przyrządu  rejestrującego  dociera  tylko
część  promieniowania  wysyłanego  przez  próbkę.  Przy  pomiarze  radiometrycznym,  oprócz
warunku  zachowania  jednakowego  połoŜenia  próbki  względem  przyrządu  rejestrującego
(jest to  tzw.  geometria  pomiaru),  naleŜy  brać  pod  uwagę  moŜliwość  absorpcji
promieniowania  w  materiale  próbki  (samoabsorpcja)  i  na  drodze  od  powierzchni  próbki  do
przyrządu rejestrującego (absorpcja promieniowania itp.).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przyrząd do pomiarów radiometrycznych rejestruje promieniowanie spowodowane

zanieczyszczeniami  promieniotwórczymi  powietrza  oraz  promieniowaniem  kosmicznym.
Zarejestrowane z tego powodu promieniowanie nazywa się tłem. Wartość tła odejmuje się od
wyniku  pomiaru  badanej  próbki.  W  celu  uzyskania  porównywalnych  wyników,  naleŜy:
przestrzegać  tych  samych  warunków  geometrycznych  pomiarów,  mierzyć  próbki  o  takiej
samej  samoabsorpcji,  stosować  tę  samą  aparaturę.  Błąd  uzyskanych  wyników  moŜna  ocenić
metodami  statystycznymi.  W  odpowiednich  warunkach  moŜna  mierzyć  aktywność  próbek
gazowych i ciekłych. Najczęściej mierzy się aktywność preparatów stałych.

Chromatografia jest jedną z metod rozdzielania mieszanin substancji ciekłych i gazowych.

Chromatografię  stosuje  się  do  wydzielania  zanieczyszczeń  w  celu  ich  oznaczenia.
W technologii  chemicznej  stosuje  się  chromatografię  m.in.  do  otrzymywania  bardzo  czystej
wody, rozdzielania metali o podobnych właściwościach, np. ziem rzadkich.

W chromatografii wykorzystuje się róŜnice w podziale substancji między dwie róŜne

fazy: fazę ruchomą (ciecz lub gaz) i fazę nieruchomą (stałą).Niekiedy faza nieruchoma jest
ciałem stałym z trwale zaabsorbowaną cieczą. Wówczas faza ruchoma powinna być cieczą
niemieszającą się z cieczą zaadsorbowaną na powierzchni ciała stałego.

Chromatografia

adsorpcyjna

wykorzystuje

róŜnice

zdolności

adsorpcji

poszczególnych składników mieszaniny na odpowiednio dobranej fazie nieruchomej, zwanej
sorbentem.

Chromatografia rozdzielcza (podziałowa) polega na podziale składników mieszaniny

między dwie niemieszające się ciecze, z których jedna zatrzymana jest na specjalnym nośniku
(np. bibuła, Ŝel krzemionkowy), a druga przepływa przez nośnik.

Chromatografia osadowa (chemichromatografia) wykorzystuje reakcje chemiczne, jakie

mogą zachodzić pomiędzy sorbentem a składnikami mieszaniny.

Chromatografia jonowymienna polega na wymianie jonów zawartych w roztworze

z jonami wchodzącymi w skład tzw. jonitów. W wyniku tego procesu następuje wydzielenie
jonów z roztworu i zastąpienie ich innymi jonami z jonitów.

Stosuje się dodatkowe czynniki zwiększające zdolności rozdzielcze poszczególnych

układów. Stosując przykładanie odpowiednio dobranego napięcia wywołuje się migrację
jonów, co znalazło zastosowanie w jonoforezie bibułowej i elektrochromatografii. MoŜna
stosować zmiany temperatury wzdłuŜ kolumny chromatograficznej (termochromatografia).

RozróŜniamy róŜne techniki (wykonywania) rozdzielania metodą chromatograficzną.

Do tego  celu  najczęściej  stosuje  się  metody  kolumnowe  i  cienkowarstwowe.  W  metodzie
kolumnowej  stosuje  się  kolumny  napełnione  sorbentem  w  postaci  ziaren.  Przez  kolumnę
przepuszcza  się  ciecz  (lub  gaz)  badaną,  a  następnie  odpowiednie  roztwory  (lub gaz  nośny),
które  powodują  rozdzielanie  składników  zatrzymanych  przez  sorbent  i wymycie  ich
z kolumny.
W wyniku tego procesu otrzymuje się barwne warstwy na sorbencie lub roztwory zawierające
poszczególne składniki mieszaniny rozdzielanej.

W metodach cienkowarstwowych stosuje się najczęściej bibułę lub sorbent naniesiony

np. na szkło w postaci cienkiej warstwy. W tym przypadku procesy rozdzielania zachodzą na
powierzchni

sorbentu

wyniku

poruszania

się

cieczy

siłami

kapilarnymi.

Po przeprowadzeniu rozdzielenia powierzchnię sorbenta najczęściej spryskuje się specjalnymi
roztworami, które z zaabsorbowanymi składnikami mieszaniny badanej tworzą związki
barwne. MoŜliwe są równieŜ inne sposoby wykrywania rozdzielonych substancji.

Do rozdzielania chromatograficznego mieszanin gazowych stosuje się specjalne kolumny.

Szczególnym przypadkiem chromatografii rozdzielczej jest chromatografia bibułowa. W tym
przypadku rolę nośnika spełnia bibuła. Unieruchomioną fazą jest roztwór wody zawierający
rozdzielane składniki. Woda unieruchamiana jest na bibule w wyniku adsorpcji na celulozie.
Rozpuszczalnikiem ruchomym są najczęściej rozpuszczalniki organiczne (niemieszające się

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z wodą). Rozpuszczalnik taki wciągany jest siłami kapilarnymi na bibułę. Przesuwając się nad
unieruchomioną fazą wodną, rozpuszczalnik organiczny w wyniku wielokrotnie
powtarzającego się procesu ekstrakcji powoduje rozdzielenie składników zawartych
w roztworze wodnym.

WaŜne jest nanoszenie próbki na bibułę. Linię startu- miejsce nanoszenia -zaznacza się

ołówkiem (odległe od brzegu arkusza o około 2 cm, punkty nanoszenia są oddalone od siebie
o  około  2  cm).  Na  zaznaczone  miejsca  nanosi  się  kroplę  badanego  roztworu  za  pomocą
pipetki.  Następną  kroplę  nanosi  się  po  wysuszeniu  poprzedniej.  Potem  wykonuje  się
rozwinięcie  chromatogramu  w  tzw.  komorach  chromatograficznych.  Komory  powinny  być
szczelne,  co zapewnia  stałość  atmosfery,  nasyconej  parami  rozpuszczalników.  Komora
chromatograficzna  powinna  być  nasycona  parami  rozpuszczalników  w  ciągu  kilku  godzin
przed  uŜyciem.  Rozwijanie  chromatogramu  moŜna  podzielić  na  metodę  zstępującą
i wstępującą.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie warunki naleŜy spełnić w pomiarach elektrograwimetrycznych, aby ilościowo
oznaczyć metal?

Jakie elektrody stosuje się w polarografii i jakie mają zalety?

Jakie zjawiska są podstawą analizy turbidymetrycznej (nefelometrycznej)?

Czym róŜni się ilościowa analiza spektralna od jakościowej analizy spektralnej?

Jakie czynniki wpływają na wynik badania absorpcyjnej spektrometrii atomowej?

Jak prowadzi się analizę z wykorzystaniem NMR?

Jakie detektory stosuje się w analizie masowej wykorzystywanej w przemyśle?

Jakie rodzaje promieniowania wykorzystywane są w pomiarach radiometrycznych?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oznacz elektrolityczne miedź, ołów i cynk w stopie.

Elektrolityczne  oznaczanie  miedzi  i  ołowiu  moŜe  zachodzić  równocześnie.  Miedź  wydziela
się z roztworu kwasu azotowego (V) na katodzie, a w tych samych warunkach ołów wydziela
się na anodzie w postaci dwutlenku ołowiu. StęŜony kwas azotowy (V) wpływa korzystnie na
strukturę  wydzielanego  metalu,  jednak  zbyt  duŜe  stęŜenie  kwasu  moŜe  spowodować  jej
rozpuszczenie.  Pod  koniec  elektrolizy  roztwór  rozcieńcza  się  i  częściowo  zobojętnia
amoniakiem. Ołów oznacza się w ilościach 100–120

mg PbO

gdyŜ

przy większych ilościach

osad  moŜe  odpadać  od  elektrody.  Cynk  z  roztworów  kwaśnych  nie  wydziela  się.  Po
wydzieleniu  miedzi  i  ołowiu  moŜna  wydzielić  cynk  z  roztworu  zasadowego  (azotany
i amoniak  wpływają  ujemnie  na  oznaczanie  i dlatego  usuwa  się  je).  Wydzielony  cynk  moŜe
spowodować  zniszczenie  elektrody  platynowej,  dlatego  teŜ  stosuje  się  elektrodę  platynową,
pokrytą elektrolitycznie miedzią lub srebrem.

Związki chemiczne; mosiądz, stęŜony kwas azotowy (V), stęŜony kwas siarkowy (VI),

granulowany wodorotlenek sodu, 25% wodny roztwór amoniaku, 10% roztwór siarczku
amonu, aceton, odczynniki do jakościowego sprawdzania oznaczanych kationów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odwaŜyć 0,5–0,7 g mosiądzu (bez cyny), przenieść odwaŜkę do zlewki, dodać 15 cm

wody i 5–7

kwasu azotowego (V),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

stop roztworzyć, ogrzewając roztwór aŜ do odpędzenia tlenków azotu i rozcieńczyć wodą
do objętości 30 cm

umieścić zwaŜone elektrody w roztworze, ogrzać do temperatury około 70°C
i przepuszczać prąd o napięciu 3–4 V i gęstości 2 A/100 cm

po upływie pewnego czasu (zaleŜnie od zawartości ołowiu), dodać 10 cm

wody,

(na nowo pokrytej roztworem części anody nie powinien wydzielać się tlenek ołowiu),

roztwór po zakończeniu wydzielania ołowiu rozcieńczyć wodą do 100 cm

, częściowo

zobojętnić kwas azotowy (V) wodą amoniakalną (przyspieszasz wydzielenie się miedzi),

sprawdzić, czy miedź wydzieliła się ilościowo, wyjąć elektrody ze zlewki, przemyć je
wodą (wodą z przemycia dołączyć do roztworu po elektrolizie) i acetonem,

wysuszyć i zwaŜyć elektrody. Gdy wydzielona miedź jest zanieczyszczona (barwa
brunatna), musisz ją rozpuścić w kwasie azotowym (V) i ponownie wykonać oznaczanie.

po wydzieleniu miedzi i ołowiu zadać 5 cm

kwasu siarkowego (VI) i odparować w celu

usunięcia kwasu azotowego (V),

rozcieńczyć roztwór do 100 cm

wodą, dodać 4–6 g wodorotlenku sodu (roztwór

powinien mieć odczyn zasadowy) i ogrzać w celu odparowania amoniaku (powstał on
w wyniku redukcji kwasu azotowego (V),

10)

zanurzyć elektrody do roztworu (katoda powinna być pokryta miedzią tak, aby
wydzielony cynk nie stykał się z platyną, katoda powinna być zwaŜona),

11)

ustalić napięcie prądu, aby przez roztwór przepływał prąd o natęŜeniu 1 A; po upływie 10
minut zwiększyć natęŜenie prądu do 2 A,

12)

po upływie 30 minut, pobrać pipetką, kilka kropel roztworu dodać kroplę roztworu
siarczku amon; jeŜeli cynk wydzielił się ilościowo, nie wytrąca się biały siarczek cynku.

13)

po wydzieleniu cynku przemyć elektrody wodą i acetonem, ostroŜnie wysuszyć i zwaŜyć

14)

obliczyć procentową zawartość miedzi i cynku na podstawie przyrostu masy elektrody:

[%]

100

gdzie:

– odwa

ka mosi

dzu [g]

– masa wydzielonego metalu [g]

15)

obliczy

procentow

zawarto

ść

ołowiu na podstawie wzoru:

[%]

100

8662

⋅

gdzie:

– odwa

ka mosi

dzu [g]

– masa wydzielonego dwutlenku ołowiu [g]

0,8662

– mno

nik analityczny do przeliczenia masy PbO

na Pb

Wyposa

enie stanowiska pracy:

−

elektrolizer z dwoma elektrodami platynowymi,

−

waga analityczna,

−

szkło: zlewka, pipety, naczynko wagowe, bagietka, tryskawka,

−

maszynka do ogrzewania z płytk

izolacyjn

−

suszarka,

−

kalendarz chemiczny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Rozdziel mieszaninę jonów Mn

, Co

i Ni

Stosując technikę bibułową moŜna rozdzielić mieszaninę kationów będącą półproduktem

w technologii  otrzymywania  odczynników  chemicznych.  Rozdzielenie  jonów  i połoŜenie
plam na bibule zaleŜy od składu eluentu. Jony manganu, kobaltu i niklu moŜna po naniesieniu
na  bibułę  rozdzielić  stosując  alkohol  n-butylowy.  Otrzymane  plamy  są  rozmyte.
Wprowadzenie  kwasu  solnego  do  alkoholu  n-butylowego  powoduje  zmianę  warunków
adsorpcji kationów na bibule. Powstają wówczas wyraźne i rozgraniczone plamy.

Związki chemiczne: roztwór manganu, niklu i kobaltu: odwaŜyć 0,2025 g NiCl

·6H

0,1801 g MnCl

·H

O i 0,2019 g CoCl

·H

O i rozpuścić w małej objętości wody, przenieść do

kolby pomiarowej o pojemności 100 cm

dodać 1 cm

kwasu solnego i dopełnić wodą

destylowaną do kreski; roztwór wymieszać; w 1 cm

tego roztworu znajduje się 0,5 mg

manganu, niklu i kobaltu, alkohol n-butylowy, stęŜony kwas solny, 1% roztwór alkoholowy
dimetyloglioksymu, 1% roztwór alkoholowy tiocyjanianu amonu, 1% roztwór azotanu (V)
srebra, 6 mol/dm

wodny roztwór amoniaku.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyciąć trzy paski bibuły chromatograficznej o wymiarach 3x30 cm,

zaznaczyć linię startu w odległości 1,5 cm od brzegu i nanieść po kropli roztworu
manganu, niklu i kobaltu, a następnie wysuszyć,

umieścić paski bibuły w cylindrach, w których na dnie znajduje się mieszanina alkoholu
n-butylowego i kwasu solnego w stosunku: a) 4:1, b) 4:1,7 i c) 4:2,5; paski zanurzyć
plamą do dołu tak, aby plama nie była zanurzona w rozpuszczalniku (linia startu musi
być powyŜej poziomu rozpuszczalnika),

przykryć cylindry szkłem (moŜna zastosować wysoką zlewkę),

przerwać  wymywanie,  gdy  czoło  rozpuszczalnika  podniesie  się  na  wysokość  25  cm;
wyjąć  paski  bibuły;  wysuszyć  je;  spryskać  je  kolejno  roztworem  dimetyloglioksymu
(wywołuje  plamę  niklu),  roztworem  tiocyjanianu  amonu  (wywołuje  plamę  kobaltu),
roztworem  azotanu  (V)  srebra,  a  następnie  roztworem  amoniaku  (wywołuje  plamę
manganu) spryskiwanie musisz wykonać pod wyciągiem.

Aby opracować wyniki, powinieneś:

zmierzyć odległość od linii startu do środka plamy kaŜdego jonu i wyznaczyć
współczynnik R

ocenić zarys plam i odległość między plamami, na tej podstawie wybrać najlepszy eluent
spośród stosowanych,

zapisać spostrzeŜenia i wnioski.

WyposaŜenie stanowiska pracy.

–

bibuła chromatograficzna,

–

cylindry miarowe lub komora chromatograficzna z pokrywą,

–

szkło laboratoryjne: zlewki, bagietka, naczynka wagowe, kolby miarowe na 100 cm

tryskawka, naczynia do nanoszenia wywoływaczy, pipety i wkraplacze,

–

waga analityczna,

–

suszarka do włosów,

–

kalendarz chemiczny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.

Wybrane zagadnienia z kontroli procesów technologicznych

4.4.1 Materiał nauczania

Technologia jest nauką o przekształcaniu surowców w produkty o poŜądanych

wartościach  uŜytkowych.  Głównym  jej  zadaniem  jest  wskazanie  najwłaściwszego  sposobu
przeprowadzenia  procesów  produkcyjnych.  Podstawy  procesowe  technologii  stosowanych
w przemyśle  wynikają  z  praw  fizyki  i chemii.  Istotny  jest  optymalny  dobór  technologii
wytwarzania  lub  przetwarzania  uwzględniający  warunki  realizacji  przy  minimum  kosztów
ogólnych.  Materiały  stosowane  w technologii  chemicznej  i  przetwórstwa  to:  surowce,
półprodukty, produkty będące substancjami prostymi lub związkami chemicznymi. W wyniku
przetwarzania  surowców  wytwarza  się  półprodukty  i  produkty  stosowane  we  wszystkich
dziedzinach  Ŝycia.  Przetwarzanie  polegać  moŜe  jedynie  na  zmianie  czyli  modyfikacji  cech
fizycznych.  Przebieg  procesów  technologicznych  wymaga  przestrzegania  zasad:  najlepszej
dostępnej  techniki,  w  tym  najlepszego  wykorzystania  surowców,  energii,  aparatury
procesowej  oraz  zachowania  umiaru  technologicznego  przy  wytwarzaniu  produktów
uŜytecznych niewywierających negatywnego oddziaływania na środowisko.

Opłacalność procesu technologicznego zaleŜy od dobrego wykorzystania surowców, co

osiąga się dzięki przestrzeganiu zasad:
1.

zasada przeciwprądu materiałowego – stosuje się do układów, w których występuje
granica rozdziału faz, a fazy róŜnią się znacznie gęstością. Zapewnia uzyskanie duŜej
szybkości przenikania masy,

zasada  maksymalnego  wykorzystania  produktów  ubocznych  –  decyduje  o  wskaźnikach
ekonomicznych  procesu,  gdyŜ  poprawia  wykorzystanie  surowców  i  nie  komplikują
gospodarki  odpadami.  Produkty  uboczne  powstają  równieŜ  w  wyniku  niepoŜądanych
reakcji  ubocznych.  DąŜy  się  do  stosowania  technologii  bezodpadowych  (z  pełnym
wykorzystaniem produktów ubocznych) lub mało odpadowych,

zasada  indywidualnego  regulowania  szybkości  procesów  głównych  i  ubocznych  –
stosowana,  gdy  zachodzi  kilka  procesów.  Wymaga  dobrania  takich  warunków,  aby
przebiegał  najszybciej  główny  proces,  przy  niezmienionej  szybkości  procesów
pozostałych,

zasada  regeneracji  materiałów  –  w  przypadku  stosowania  w  procesie  surowców
pomocniczych  waŜne  jest  ich  odzyskanie  i  zawrócenie  do  procesu  (regeneracja).  Małe
straty  w  obiegu  surowca  pomocniczego  obniŜają  jego  zuŜycie  i  poprawiają  opłacalność
procesu głównego.

Problem najlepszego wykorzystania energii rozwiązuje się w oparciu o bilans

energetyczny procesu, tak jak wykorzystanie surowców w oparciu o bilans materiałowy.

Podstawowe zasady:

zasada odzysku ciepła – pozwala zmniejszyć koszty procesu. Klasycznym przykładem są
wymienniki ciepła, w których ciepło strumieni płynów chłodzonych wykorzystuje się do
jednoczesnego ogrzania innych płynów przepływających w drugiej przestrzeni
wymiennika.

zasada  przeciwprądu  cieplnego  –  pozwala  maksymalnie  wykorzystać  cenną  energię  np.
ogrzać  płyn  do  temperatury  wyŜszej  lub  ochłodzić  do  temperatury  niŜszej  niŜ  przy
współprądzie.  W  wymiennikach  przenikanie  ciepła  zachodzi  przez  ściankę  oddzielającą
płyny, zatem nie występują ograniczenia powierzchni międzyfazowej.

zasada wykonywania tylko prac niezbędnych – zapobiega marnowaniu energii na zbędne
operacje lub czynności, np. na rozdrabnianie materiału juŜ dostatecznie rozkruszonego.

Procesy i operacje technologiczne powinny być tak prowadzone, aby wydajność produkcji

z jednostki objętości aparatu była moŜliwie duŜa. Dobre wykorzystanie aparatury osiąga się

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zarówno  dzięki  odpowiedniemu  poziomowi  technicznemu  produkcji,  jak  i prawidłowej
organizacji pracy. Podstawową zasadą jest więc zasada ciągłości pracy. W procesach ciągłych
nie  ma  potrzeby  przerywania  pracy  aparatu  na  powtarzające  się  załadowanie  surowcami
i opóźnianie z produktów. Proces przebiega aŜ do planowego remontu aparatu, instalacji lub
w przypadku  awarii.  O  wyborze  metody  ciągłej  lub  nie  ciągłej  (periodycznej)  decyduje
rachunek  ekonomiczny  i  moŜliwości  technologiczne.  Niekiedy  metody  periodyczne  są
bardziej opłacalne i stosowane w duŜej skali (np. w koksowniach).

W wielu procesach występuje oddziaływanie sprzecznych czynników, co zmusza do

dobierania optymalnych parametrów. Np. niska temperatura sprzyja wydajnemu przebiegowi
reakcji,  w  której  powstają  kryształy  ciała  stałego,  jednocześnie  w  niskiej  temperaturze
wytrącający  się  osad  jest  drobnokrystaliczny  i  trudno  go  potem  odsączyć.  Poszukiwanie
optymalnych  parametrów  procesu  opiera  się  na  jego  wnikliwej  analizie.  Przyjęte  wartości
parametrów  są  zazwyczaj  kompromisem  pomiędzy  wieloma  czynnikami  sprzecznie
oddziałującymi na proces.

Znaczna róŜnorodność produktów chemicznych narzuca duŜą liczbę procesów

technologicznych, jednakŜe większość produktów przemysłu chemicznego i przetwórczego
otrzymuje się w wyniku prowadzenia stosunkowo nieduŜej liczby procesów podstawowych,
powtarzających się w róŜnych odmianach w wielu procesach technologicznych.

Podstawowe procesy, związane z przemianami fizyko-chemicznym, określa się jako

procesy jednostkowe. WyróŜnia się następujące procesy podstawowe i jednostkowe:
1.

mechaniczne: magazynowanie, transport, rozdrabnianie, klasyfikacja i przesiewanie,
flotacja, mieszanie, separacja (filtracja, wirowanie).

cieplne: ogrzewanie, chłodzenie, kondensacja, odparowanie, zatęŜanie.

dyfuzyjne: destylacja, rektyfikacja, absorpcja, adsorpcja, ekstrakcja i ługowanie,
suszenie, nawilŜanie, krystalizacja sublimacja.

procesy z udziałem reakcji chemicznej: związane z wyŜej wymienionymi i dodatkowo
z przemianami chemicznymi np.: utlenianie i redukcja, nitrowanie, chlorowanie,
sulfonowanie.

PoniŜej zostały scharakteryzowane najwaŜniejsze procesy podstawowe i jednostkowe.
Do realizacji procesów mechanicznych konieczne jest doprowadzenie energii

mechanicznej z zewnątrz. Do przebiegu procesów cieplnych i dyfuzyjnych niezbędna jest
odpowiednia róŜnica temperatur i stęŜenia w środowisku przebiegu procesu.

Zmniejszenie rozmiarów ciała stałego połączone ze zniszczeniem jego struktury

nazywane  jest  rozdrabnianiem  lub  niekiedy  kruszeniem.  Celem  rozdrabniania  jest
wytworzenie produktu o poŜądanych rozmiarach, zakresie rozmiarów lub docelowo, separacji
składników  ciała  stałego.  Wymagania  uŜytkowe  i  procesowe  dotyczyć  mogą  surowca  lub
produktu, który powinien mieć określone rozmiary lub zakres rozmiarów ziaren co łączy się
z klasyfikacją  i  przesiewaniem  mieszaniny  ziaren.  W  klasyfikacji  maszyn  do  rozdrabniania
bierze  się  pod  uwagę  rodzaj  przyłoŜonych  sił  i  wielkość  wywołanych  napręŜeń  oraz  stopień
rozdrobnienia. Rodzaje rozdrobnień przedstawiono w Tabeli 1.

Tabela 1. Stosowane nazwy cząstek ciała stałego w zaleŜności od ich rozmiarów

Lp.

Rozdrobnienie

Rozmiar cząstek
[mm]

Grube

>100

Średnio grube

Średnio drobne

Drobne

0,1

Superdrobne

0,025

Ultradrobne

0,010

Koloidalne

≤0,005

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stopień rozdrobnienia n określony jest stosunkiem średniej średnicy ziaren przed

rozdrobnieniem do średniej średnicy ziaren po rozdrobnieniu. WyróŜnia się rozdrobnienie:

−

wstępne, n<5,

−

średnie, n = 5-10,

−

drobne, n = 10-50,

−

bardzo drobne, n>50.

Rozdrabnianie moŜe być prowadzone w sposób ciągły lub okresowo. Do rozdrabniani

słuŜą  urządzenia  zwane  rozdrabniarkami  (kruszarkami).  SłuŜą  one  do  rozdrabniania
wstępnego  i średniego  przez  ściskanie,  rozłupywanie,  uderzanie,  ścieranie.  Do  kruszarek
zalicza  się  między  innymi  łamacze,  gniotowniki,  rozdrabniarki  młynkowe,  rozdrabniarki
udarowo-prętowe.  Rozdrabnianie  do  najmniejszych  rozmiarów  prowadzone  jest  w  młynach,
w których dominującymi mechanizmami jest ścieranie i uderzanie. Istnieje wiele klasyfikacji
młynów.  Do najpowszechniejszych  naleŜy  podział  na:  młyny  wolnobieŜne  (kulowe  oraz
prętowe) i młyny szybkobieŜne (rolkowo-pierścieniowe, wibracyjne).

Rozdrabniarki (młyny) oznacza się symbolem:

Mieszanie to jeden z najistotniejszych procesów technologicznych. Bez względu na to,

czy mieszane są ciała stałe, ciekłe czy gazowe lub teŜ mieszaniny tych ciał, istotą procesu jest
uzyskanie jednorodnej mieszaniny, w moŜliwie krótkim czasie, przy moŜliwie najmniejszym
zuŜyciu energii. Mieszanie pozwala przyspieszyć reakcję chemiczną (zwiększa szybkość
wymiany ciepła i masy). Mieszanie moŜe być prowadzone jako samodzielna operacja
w

specjalnych

urządzeniach

lub

towarzyszyć

niektórym

procesom

fizycznym

(np. ogrzewaniu,  chłodzeniu)  czy  chemicznym  (np.  nitrowaniu,  sulfonowaniu).  Proces
mieszania  ułatwia  rozpuszczanie  cieczy  w  cieczy  lub  teŜ  ciał  stałych  w  cieczy.  Szybkość
reakcji chemicznych wzrasta przy zwiększeniu powierzchni zetknięcia się składników reakcji.
Z  tego  powodu  większość  aparatów  czy  urządzeń,  w  których  prowadzona  jest  reakcja,
wyposaŜona jest w mieszadła róŜnego typu.

W przemyśle stosuje się róŜnorodne urządzenia do mieszania. Dobór typu zaleŜy od

właściwości substancji (między innymi od stanu skupienia), zastosowanej metody,
konstrukcji urządzenia i mieszadeł. Urządzenia do mieszania moŜna podzielić ogólnie na:

−

urządzenia do mieszania ciał sypkich – mieszarki,

−

urządzenia do mieszania past (ciał ciastowatych) i plastycznych – zagniatarki,

−

urządzenia do mieszania ciał ciekłych z ciekłymi albo ciekłych z niewielką ilością ciał
stałych lub gazowych – mieszalniki,

−

urządzenia do mieszania gazów – zwane równieŜ mieszalnikami.

Mieszalniki (ogólnie) oznacza się symbolem:

Proces odwrotny do procesy mieszania nazywany jest rozdzielaniem. Z operacjami

rozdzielania  mamy  do  czynienia  na  róŜnych  etapach  produkcji  np.  usuwamy  z  surowców
niepoŜądane  zanieczyszczenia,  oddzielamy  od  sienie  niejednorodne  produkty  itp.  Filtrowanie
stanowi  najwaŜniejszy  i  bardzo  szeroko  rozpowszechniony  proces  oddzielania  ciał  stałych  od
cieczy.  Polega  on  na  stosowaniu  przegrody  porowatej,  nieprzepuszczającej  cząstek  ciała
stałego, znajdującego się w zawiesinie. Tworzą one na przegrodzie osad, a przechodząca przez
przegrodę klarowna ciecz stanowi przesącz. Proces ten prowadzi się w róŜnego rodzaju filtrach.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w przepływie przeciwprądowym. Do tego samego rodzaju procesów sorpcyjnych zalicza się
równieŜ wymianę jonową prowadzoną w obecności sorbentów stałych zwanych jonitami,
kationitami i anionitami, stanowiących zwykle Ŝywice syntetyczne.

Suszeniem nazywamy proces odparowywania to jest usuwania wilgoci lub innej

substancji  lotnej  z  ciał  stałych,  szlamów  i  zawiesin.  Suszenie  jest  etapem  końcowym  lub
przejściowym  wielu  technologii  przemysłowych,  w  tym  równieŜ  wytwarzania  wyrobów
gotowych.  Suszenie  na  między  innymi  na  celu:  wytworzenie  produktu  lub  półproduktu
o odpowiednich

właściwościach

uŜytkowych,

zwiększenie

trwałości

materiałów,

zmniejszenie kosztów transportu materiałów.

Do prowadzenia procesu suszenia uŜywane są aparaty zwane suszarkami. Czynnikiem

suszącym jest zazwyczaj powietrze lub gazy spalinowe. Proces suszenia związany jest
z jednoczesnym przenikaniem masy i ciepła w czynniku suszącym i w ciele suszonym.

DuŜa róŜnorodność właściwości fizycznych i chemicznych suszonych materiałów

powoduje, Ŝe istnieje wiele sposobów prowadzenia procesu suszenia i konstrukcyjnych
rozwiązań suszarek. W klasyfikacji suszarek wynikającej z metody pracy i sposobu
dostarczenia ciepła wyróŜnia się suszarki:

−

okresowe lub ciągłe,

−

z ogrzewaniem:
-

bezpośrednim – suszarki konwekcyjne,

pośrednim – suszarki przeponowe,

−

radiacyjne (promiennikowe),

−

mikrofalowe i dielektryczne.

Suszarki oznacza się symbolem:

Krystalizacja stanowi proces wydzielania substancji rozpuszczonej z roztworu

przesyconego  lub  z  substancji  macierzystej  będącej  w  stanie  ciekłym,  bądź  bezpośrednio
z fazy  gazowej  pominięciem  fazy  ciekłej  –  na  skutek  desublimacji  (proces  odwrotny  do
sublimacji).  W  wyniku  krystalizacji  następuje  wydzielanie  produktu  w  postaci  stałej  lub
oczyszczanie  roztworu  macierzystego  bądź  gazu.  Kryształ  stanowi  ciało  stałe,  jednorodne,
ograniczone  płaszczyznami  kryształu,  które  tworzą  określoną  strukturę  geometryczną.  Siłą
napędową  procesów  krystalizacji  jest  przesycanie  roztworu  uzyskiwane  przez  odparowanie
rozpuszczalnika  (zatęŜanie  roztworu),  chłodzenie  roztworu,  reakcję  chemiczną  lub  dodanie
trzeciego  składnika.  Po  dojściu  do  stanu  równowagi  krystalicznej  między  procesem
rozpuszczania się ciała stałego o jego krystalizacją naleŜy doprowadzić roztwór zwany ługiem
macierzystym do przesycenia. Zdolność do przesycenia roztworu zaleŜy od rodzaju substancji
i  określona  jest  jako  stosunek  stęŜenia  aktualnego  roztworu  do  stęŜenia  równowagowego.
Przy  duŜym  stopniu  przesycenia  powstaje  znaczna  liczba  małych  trudnych  do  filtracji
i mycia.  Mały  stopień  przesycenia  daje  natomiast  małą  liczbę  duŜych  kryształów,
w roztworze  określonym  jako  ług  pokrystaliczny.  Krystalizacją  frakcyjną  nazywa  się
krystalizację  stosowaną  do  rozdzielania  substancji  obecnych  w  roztworze,  róŜniących  się
rozpuszczalnością  lub  szybkością  wzrostu  kryształów  w  zaleŜności  od  temperatury.
Krystalizację prowadzi się w aparatach zwanych krystalizatorami, w których istnieją warunki
dla powstawania i wzrostu kryształów. Krystalizacja moŜe być prowadzona w sposób ciągły
lub okresowy.

Wiele procesów technologicznych polega na wprowadzeniu do cząsteczki związku

organicznego  określonych  grup  funkcyjnych  poprzez  ich  podstawienie  lub  przyłączenie,  jak
chlorowanie,  nitrowanie,  arylowanie,  alkilowanie  i  sulfonowanie.  Odrębną  grupę  stanowią
procesy  związane  z  przekształcaniem  grup  funkcyjnych  w  inne,  jak  estryfikacja,  redukcja  czy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

utlenianie. Zmniejszenie masy cząsteczkowej substancji i tworzenie nowych związków następuje
w procesach pirolizy, hydrolizy, alkoholizy. Zwiększenie uzyskuje się w procesach polimeryzacji,
kondensacji i polikondensacji. Procesy, w których następuje przebudowa struktury chemicznej
substratów, przy niezmienionej masie cząsteczkowej nazywa się izomeryzacją.

Redukcja (inna nazwa elektronacja) to proces, w trakcie którego atom lub ich grupa

przechodzi  z  wyŜszego  na  niŜszy  stopień  utlenienia.  KaŜdej  redukcji  musi  towarzyszyć
utlenienie.  Łącznie  takie  procesy  nazywa  się  reakcjami  redoks.  W  praktyce,  daną  reakcję
nazywamy  reakcją  redukcji  (zwłaszcza  w  chemii  organicznej),  gdy  struktura  głównego
substratu i głównego produktu róŜnią się tylko tym, Ŝe jedna niewielka grupa lub pojedynczy
atom  zmniejszył  w  jej  wyniku  swój  stopień  utlenienia,  kosztem  utlenienia,  zwykle
nieorganicznego, prostego związku zwanego w tym przypadku środkiem redukującym.

Procesy uwodorniania polegają na reakcji wodoru in statu nascendi ze związkami

organicznymi  w  obecności  katalizatorów.  W  przemyśle  katalitycznego  uwodorniania  węgla,
produktów jego pirolizy  i pozostałości ropy naftowej, uzyskuje się węglowodory  alifatyczne
i aromatyczne.  Z tlenku  węgla  otrzymuje  się  węglowodory  alifatyczne  i  alkohole,
z naturalnych  tłuszczów  utwardzone  tłuszcze  i  alkohole  tłuszczowe,  z  nienasyconych
węglowodorów nasycone, z nitryli i nitrozwiązków – odpowiednie aminy.

W procesach katalitycznego uwodorniania moŜna rozróŜnić kilka typów reakcji:

−

przyłączenie wodoru do związków nienasyconych,

−

redukcja grup karbonylowych, karboksylowych, nitrylowych i nitrowych,

−

rozpad cząsteczek z jednoczesnym przyłączeniem wodoru tzw. hydroliza,

−

aromatyzacja.

Destruktywne uwodornienie ma duŜe znaczenie technologiczne jako podstawowa reakcja

uwodorniania węgla, smół, pozostałości ropy, a takŜe hydrorafinacji, powodując rozpad
wiązań nie tylko węglowych, ale równieŜ C-S i C-N.

Metody uwodorniania są bardzo róŜnorodne, a dobór warunków reakcji i katalizatorów

zaleŜy  od  charakteru  chemicznego  surowca  wyjściowego  i  produktów  końcowych.  Procesy
uwodorniania  prowadzi  się  w  fazie  ciekłej  i  gazowej.  Stosuje  się  katalizatory  nieruchome,
ruchome  i  w  zawiesinie.  Dobór  katalizatora  ma  wpływ  na  przebieg  i  kierunek  reakcji.
Kontakty  spełniają  rolę  aktywatorów  wodoru  i  substratów.  Wodór  absorbuje  się  na
powierzchni  katalizatora,  przy  czym  siły  działające  pomiędzy  wodorem  i  powierzchnią
katalizatora,  osłabiają  wiązania  pomiędzy  atomami  wodoru  umoŜliwiając  wejście
uaktywnionej cząsteczki wodoru do reakcji. Podobnej aktywizacji na powierzchni katalizatora
ulega substancja uwodorniania.

Jako katalizatory do uwodorniania nadają się: rozdrobniona platyna, pallad tańsze od nich

nikiel i miedź.

Źródłami otrzymywania wodoru w przemyśle są: gaz wodny, gaz koksowniczy, gaz

zimny, elektroliza roztworów wodorotlenku sodu lub soli kuchennej.

Utlenienie to reakcja chemiczna, w której jakiś atom (lub ich grupa) przechodzi

z niŜszego  na  wyŜszy  stopień  utlenienia.  W  praktyce,  daną  reakcję  nazywa  się  utlenieniem,
gdy  struktura  głównego  substratu  i  głównego  produktu  róŜnią  się  tylko  tym,  Ŝe  jedna
niewielka  grupa  lub  pojedynczy  atom  zwiększył  w  jej  wyniku  swój  stopień  utlenienia,
kosztem redukcji prostego związku zwanego w tym przypadku środkiem utleniającym.

Zupełne utlenianie substancji organicznej, prowadzi do rozpadu cząsteczki

z wytwarzaniem dwutlenku węgla i wody, a jeśli w cząsteczce zawarte były azot i siarka,
tworzą się równieŜ tlenki azotu i siarki (proces spalania Reakcje niezupełnego utleniani
polegają na:

−

wprowadzeniu do cząsteczki związku organicznego atomu tlenu bez zasadniczej zmiany
w budowie cząsteczki, np.: utlenianie węglowodorów alifatycznych do alkoholi,
aldehydów lub kwasów, węglowodorów alkiloaromatycznych do fenoli,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

odwodornieniu związku organicznego z wytworzeniem wiązanie nienasyconego
pomiędzy atomami węgla,

−

wprowadzeniu atomów tlenu z jednoczesną zmianą podstawowego szkieletu cząsteczki.
Silnymi środkami utleniającymi są: tlen atomowy, nadtlenki, kwasy np. kwas

azotowy (V), ozon, gazowy fluor, chlor, brom i jod, manganiany (VII), chlorany. Najczęściej
stosowany jako środek utleniający jest tlen z powietrza lub czysty tlen. Utlenianie tlenem
cząsteczkowym

wymaga

stosowania

podwyŜszonej

temperatury

odpowiednich

katalizatorów. Procesy wykonywane są w fazie ciekłej i gazowej. Manganian (VII) potasu jest
bardzo silnym środkiem utleniających. Utlenianie prowadzi się w fazie ciekłej. ZaleŜnie od
odczynu środowiska manganian rozkłada się oddając róŜne ilości tlenu. Dichromiany (VI)
sodu lub potasu są tanimi i energicznymi utleniaczami. Bezwodnik kwasu chromowego CrO

w  roztworze  lodowego  kwasu  octowego  w  szczególnych  przypadkach  uŜywany  jest  jako
środek utleniający np. utlenia aromatyczne alkohole do aldehydów, antracen do antrachinonu.
Kwas  chlorowy  (I)  i  jego  sole  (NaOCl  tzw.  woda  Javella)  stosowane  są  powszechnie  jako
łagodne  środki  utleniające  np.  bielące  (włókna,  celulozę).  Tlenek  manganu  (IV)  MnO

stosowany do utleniania, np. grup metylowych do aldehydowych (aldehyd benzoesowy).
Nadtlenek wodoru (H

) bardzo silny, ale kosztowny środek utleniający znajduje

przemysłowe zastosowanie w przyspieszonym procesie dojrzewania alkalicelulozy
i procesach bielenia. Kwas azotowy (V) HNO

zalicza się do energicznych środków

utleniających, stosuje się np. do otrzymywania kwasu adypinowego. Tlenki azotu (N

↔

NO + NO

) zaliczają się do silnych środków utleniających. Stosowane są w fazie ciekłej

i gazowej.

Celem nitrowania jest wprowadzenie grupy nitrowej (-NO

) do cząsteczki związku

organicznego:

RH + HONO

→ RNO

+ H

gdzie: R – rodnik.
Podstawowym środkiem nitrującym jest mieszanina składająca się z kwasu azotowego (V)

i środka  odwadniającego  (kwas  siarkowy  (VI),  bezwodnik  kwasu  octowego).  Nitrowanie
prowadzi  się  za  pomocą  mieszaniny  nitrującej  przygotowanej  z  kwasów  azotowego  (V)
i siarkowego(VI).  Kwas  siarkowy  (VI)  stosujemy  do  wiązania  wody  tworzącej  się  w  reakcji
nitrowania.,  Obecność  tego  kwasu  pozwala  lepiej  wykorzystać  HNO

i umoŜliwia ponad to

przeprowadzenie nitrowania w nitratorach ze zwykłej stali. Dobór składu mieszaniny nitrującej
i warunków nitrowania uzaleŜniony jest od właściwości związku poddawanego nitrowaniu i od
ilości grup nitrowanych, które zamierza się wprowadzić. Największe znaczenie przemysłowe
mają procesy nitrowania węglowodorów aromatycznych, a w szczególności nitrowanie benzenu
i toluenu. Zapotrzebowanie na nitro benzen jest duŜe ze względu jego zastosowanie do
produkcji aniliny oraz pochodnych chlorowych, sulfonowych i aminowych, które są surowcami
do syntezy lekarstw, barwników i materiałów wybuchowych.

Polimeryzację, polikondensację, poliaddycję stosuje się do syntezy związków wielko

cząsteczkowych wykorzystywanych do produkcji tworzyw sztucznych i syntetycznych.

W kaŜdej dziedzinie Ŝycia wykorzystywane są nie tylko tworzywa naturalne ale przede

wszystkim tworzywa sztuczne i syntetyczne. Tworzywa sztuczne otrzymuje się
z wielkocząsteczkowych surowców naturalnych takich jak: celuloza, kauczuk naturalny,
kazeina.

Substancje, z których otrzymuje się syntetyczne związki wielkocząsteczkowe to: eten,

propylen, chlorek winylu oraz wiele innych.

Polimeryzację prowadzi się róŜnymi sposobami:

−

Polimeryzacja w masie, zwana blokową – prowadzona jest w czystym, ciekłym
monomerze i polega na ogrzaniu monomeru z dodatkiem inicjatora do temperatury
zapoczątkowania procesu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

Polimeryzacja w roztworze – prowadzona jest w rozpuszczalniku, w którym rozpuszcza
się monomer i polimer.

−

Polimeryzacja roztworowo-strąceniowa – prowadzona jest w rozpuszczalniku, w którym
rozpuszcza się tylko monomer.

−

Polimeryzacja suspensyjna (perełkowa) – prowadzona jest w wodzie, gdzie poprzez
mieszanie, z inicjatorem procesu w postaci drobnych kropel, następuje rozproszenie
nierozpuszczalnego monomeru. Produkt ma postać twardych kulek (perełek).

−

Polimeryzacja emulsyjna – prowadzona jest w środowisku wodnym, w którym
z monomeru, środka powierzchniowo czynnego i inicjatora wytwarza się, poprzez
mieszanie, emulsję.

−

Polimeryzacja w fazie gazowej – prowadzona jest w reaktorach rurowych po uprzednim
spręŜeniu monomeru i dodaniu inicjatorów (tlenków lub nadtlenków).

Polikondensacja polega na reakcji cząstek związków mających co najmniej dwie

odpowiednio aktywne grupy funkcyjne. Produktem jest związek wielkocząsteczkowy (Ŝywica
polikondensacyjna) i produkt uboczny w postaci wody, chlorowodoru, amoniaku.
Polikondensacja jest reakcją odwracalną i stopniową. Przebieg reakcji zaleŜy od temperatury,
kwasowości i szybkości usuwania produktów ubocznych ze środowiska procesu.
Polikondensację prowadzi się w reaktorach z mieszadłem kotwicowym, płaszczem grzejnym
oraz chłodnicą. Do typowych tworzyw polikondensacyjnych nalezą: fenoplasty i aminoplasty.
Metodą polikondensacji otrzymuje się związki krzemoorganiczne i polisiloksany.

Poliaddycja jest procesem otrzymywania produktów wielkocząsteczkowych w wyniku

rozerwania pierścienia heterocyklicznego lub wysycenia wiązań podwójnych w cząsteczkach
monomerów.  Poliaddycja  jest  procesem  stopniowym  charakteryzującym  się  wzrostem  masy
cząsteczkowej  produktu  w  kolejnych  etapach  produkcji.  Reakcja  jest  nieodwracalna  i  nie
wydziela  produktów  ubocznych.  Poliaddycja  dotyczy  cząstek  tego  samego  związku,
najczęściej heterocyklicznego lub cząstek dwóch róŜnych związków.

Wymienione powyŜej procesy prowadzi się w róŜnego rodzaju aparatach, urządzeniach.

Aparat  lub  urządzenie  stanowi  zespół  przedmiotów  (części)  skonstruowanych  w  celu
prowadzenia  odpowiednich  procesów  z  moŜliwością  spełnienia  wymagań  procesowych.
Istnieje  wiele  podziałów  aparatów  na  grupy  związane  z  pełnioną  funkcją  w  procesie
technologicznym i cechami konstrukcyjnymi.

Proces technologiczny jest jednym lub w szeregu aparatów i urządzeń tworzących tak

zwany ciąg technologiczny. Ze względu na charakter pracy i przetwarzania substancji
w wymienionym ciągu aparaty i urządzenia podzielić moŜna na pracujące w sposób ciągły,
okresowy lub mieszany.

W procesie technologicznym istotny jest dobór reakcji chemicznych, które pozwolą na

optymalny przebieg przemiany od surowców do poŜądanych produktów. Dobór właściwej
reakcji jest problemem złoŜonym.

Na stan równowagi chemicznej i wydajności reakcji chemicznej wpływają: temperatura,

ciśnienie, skład reagentów oraz dobór katalizatora. Warunkiem uzyskania wysokiego stopnia
przemiany jest duŜa wartość stałej równowagi reakcji i ujemna wartość potencjału
termodynamicznego układu reakcyjnego, w przeciwnym wypadku naleŜy doprowadzać
energię z zewnątrz.

Szybkość procesu moŜna zmienić stosując substancje zwane katalizatorami. Katalizator

zwykle  nie  ulega  znaczącym  zmianom  chemicznym  i  ilościowym  w  trakcie  procesu.
Katalizatory  zmniejszające  szybkość  dojścia  do  stanu  równowagi  noszą  nazwę  inhibitorów.
Katalizatorami  mogą  być  gazy,  ciecze  i  ciała  stałe.  Katalizatory  stałe  zwane  są  równieŜ
kontaktami.  W  momencie,  kiedy  substraty  lub  produkty  reakcji  działają  katalitycznie,
przyspieszając przebieg reakcji proces ten nazywamy autokataliza.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Katalizatory stałe są to z reguły substancje pochodzenia nieorganicznego. Katalizatory

organiczne,  biokatalizatory,  są  to  enzymy  stosowane  powszechnie  w  procesach
biotechnologicznych.  Kataliza  homogeniczna,  jednorodna,  jednofazowa  występuje  wtedy,
gdy  katalizator  w  środowisku  procesu  nie  tworzy  odrębnej  fazy,  lecz  występuje  w  tej  samej
postaci  co  reagenty.  Natomiast,  jeŜeli  katalizator  występuje  w  postaci  odrębnej  fazy,
to kataliza nazywana jest mianem heterofazowej, heterogenicznej. W przemyśle chemicznym
i przetwórstwa  w  większości  przypadków  stosowana  jest  kataliza  heterogeniczna  a  jako
katalizator  stosuje  się  ciało  stałe  naniesione  na  nośnik  o  rozbudowanej  powierzchni
zewnętrznej  i  często  wewnętrznej.  Substancje  dodawane  do  katalizatora  zwiększające  jego
aktywność nazywa się promotorami.

W wielu procesach i urządzeniach wykorzystuje się działanie sił elektrycznych

w elektrofiltrach,  elektrodializach,  elektroforezie,  odsalaniu  wód,  elektroeksykacji,  filtracji
dielektrycznej  i  rozpylaniu  elektrostatycznym.  W  elektrolizerach  energię  elektryczną
doprowadza  się  do  środowiska  reakcji  chemicznej  za  pomocą  elektrod,  lub  odwrotnie,
otrzymuje się energię elektryczną z reakcji chemicznych w ogniwach paliwowych.

Procesy elektrochemiczne (elektrolityczne) prowadzone w środowisku wodnym

elektrolitów  stosowane  są  do  wytwarzania  produktów  nieorganicznych  i  organicznych,
a takŜe  do  otrzymywania  metali.  Pokrywanie  powłokami  metalicznymi  realizowane  jest
w procesach galwanicznych. Procesy elektrolityczne w środowisku niewodnym są stosowane
do  otrzymywania  i  rafinacji  metali,  w  tym  aluminium.  W  procesach  elektrotermicznych
energia  elektryczna  jest  źródłem  ciepła.  W  wyniku  elektrorafinacji  otrzymuje  się  metale
o wysokiej czystości, takie jak miedź, nikiel, kobalt. Procesy rozkładu elektrolitycznego słuŜą
do otrzymywania wodoru i tlenu przez rozkład wody, a takŜe chloru, glinu czy magnezu, gdy
elektrolizie zostaną poddane odpowiednie związki.

W procesach elektrotermicznych uzyskuje się o wiele wyŜszą temperaturę niŜ podczas

spalania klasycznych paliw. Reaktory termochemiczne, zwane piecami, są stosowane do
wytwarzania substancji, które wymagają temperatury do 3230

C i wyŜszych. W piecach

oporowych  przepływ  prądu  odbywa  się  przez  elementy  grzejne.  W  piecach  indukcyjnych
wykorzystuje  się  zjawisko  indukcji  do  ogrzewania  przetwarzanych  materiałów  prądami
wysokiej  częstotliwości.  W  piecach  łukowych  ciepło  do  przetwarzanego  materiału  jest
dostarczane od łuku elektrycznego bezpośrednio lub przez promieniowanie.

Niektóre procesy technologiczne prowadzi się w plazmie. Doprowadzając do gazu

odpowiedni  strumień  energii,  powoduje  się  dysocjację  i  jonizację  cząsteczek,  powstawanie
wolnych  rodników,  wzbudzanie  atomów  i  emisję  promieniowania.  Mieszaninę  gazową,
w której zachodzą wymienione stany nazywamy plazmą. W praktyce plazmę tworzy się przez
wyładowania  elektryczne  w  gazach,  gdy  napięcie  graniczne  zostanie  przekroczone  powyŜej
30 kV/cm i gaz wokół elektrody emisyjnej zacznie świecić. Wyładowanie moŜe być iskrowe,
jarzeniowe lub łukowe. Najczęściej stosowane, w przemyśle, procesy plazmowe prowadzone
są  wówczas,  kiedy  pozwalają  uzyskać  znaczącą  szybkość  procesu  w  temperaturze  plazmy
oraz  gdy  trzeba  wytworzyć  odpowiednie  rodniki  do  zainicjowania  przebiegu  procesu
otrzymywania produktów o wysokiej czystości, rozkładu niebezpiecznych substancji.

Procesy fotochemiczne przebiegają pod wpływem absorpcji promieniowania o długości

fali od ultrafioletu do podczerwieni. Procesy te wykorzystywane są w polimeryzacji, syntezie
związków światłoczułych, destylacji zanieczyszczeń z cieczy. Promieniowanie ultrafioletowe
jest  stosowane  do  sterylizacji  przy  oczyszczaniu  wody,  ograniczenia  wzrostu  glonów,
farmaceutyków, kosmetyków, wyrobów Ŝywnościowych, w procesach oczyszczania ścieków
i innych.  Energia  promieniowania  świetlnego  ma  największe  znaczenie  w  procesach  takich
jak  chlorowanie  węglowodorów,  otrzymywanie  sulfochlorków,  polimeryzacji  olefin.
Fotokataliza ma duŜe znaczenie w procesach usuwania zanieczyszczeń z cieczy i gazów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W procesach radiacyjnych stosuje się promieniowanie gamma oraz promieniowanie typu

rentgenowskiego.  Procesy  radiacyjne  umoŜliwiają  przeprowadzenie  procesów  niemoŜliwych
do  realizacji  metodami  standardowymi,  jednak  koszty  energii  są  wyŜsze  niŜ  energii  cieplnej
i chemicznej.  W  chemicznych  procesach  radiacyjnych  energia  jest  wielokrotnie  większa  od
energii jonizacji.

Promieniowanie jonizujące moŜe inicjować procesy chemiczne oraz stanowić siłę

napędową procesu. W reakcjach związków organicznych to promieniowanie stosuje się przy
polimeryzacji  kopolimeryzacji  oraz  modyfikacji  polimerów.  Pod  wpływem  promieniowania
jonizującego  następuje  proces  sterylizacji  i  utleniania  Ŝywności.  W  procesach  ochrony
środowiska naturalnego,  za pomocą aktywacji radiacyjnej usuwa się SO

i tlenki azotu NO

ze spalin odlotowych, unieszkodliwia osady czynne z biologicznych oczyszczalni ścieków,
neutralizuje odpady celulozowe i gnilne.

Wiele procesów technologicznych i przetwórstwa prowadzi się biochemicznie.

W procesach biochemicznych przebiegających w środowisku wodnym duŜą rolę odgrywają
mikroorganizmy. Mikroorganizmy dzieli się na kilka grup: wirusy, bakterie (mikroorganizmy
jednokomórkowe), promieniowce, droŜdŜe, pleśnie, glony.

Na wzrost i rozwój mikroorganizmów mają wpływ warunki środowiskowe, dostępność

poŜywienia,  temperatura,  pH  środowiska  oraz  jego  zanieczyszczenie  (obecność  trucizn).
Dla mikroorganizmów  w  największym  stopniu  toksyczne  są  metale  cięŜkie.  Procesy
biochemiczne  prowadzi  się  w  bioreaktorach  z  dodatkiem  poŜywek  dla  bakterii,  z  ciągłym
mieszaniem i napowietrzaniem, gdy jest to wymagane.

W warunkach utleniających przebiega właściwy proces biochemiczny:

substancja organiczna + O



 →



bakterie

+ H

O + przyrost biomasy

W środowisku bakterii beztlenowych w kolejnych etapach następuje przekształcenie

zanieczyszczeń w produkty przejściowe, kwasy organiczne i alkohole i na końcu w metan
i dwutlenek węgla:

substancja organiczna



 →



bakterie

produkty przejściowe + CO

+ H

S + H

kwasy organiczne



 →



bakterie

+ CO

Procesy przemian biochemicznych określa się równieŜ mianem fermentacji.
Do prowadzenia procesów technologicznych konieczna jest energia w róŜnych postaciach,

w największym stopniu cieplna i elektryczna. Energia z paliw zostaje uwolniona podczas ich
spalania i jest uŜywana bezpośrednio w procesach endotermicznych, słuŜy do ogrzewania lub
jest zmieniana na energie elektryczną w generatorach prądu.

WyróŜniamy trzy podstawowe rodzaje paliw:

−

paliwa stałe naturalne to: drewno, torf, węgiel brunatny i kamienny, natomiast paliwa
stałe sztuczne to: koks, brykiety węglowe oraz drzewne.

−

paliwa ciekłe to: ropa naftowa i produkty jej przetwarzania w postaci róŜnego rodzaju
olejów, oleje pochodzenia roślinnego.

−

naturalne paliwa gazowe to: gaz ziemny, metan pochodzący z fermentacji, natomiast
paliwa gazowe sztuczne to: gazy koksownicze i generatorowe, acetylen, wodór i inne.
NajwaŜniejszymi cechami charakteryzującymi paliwa są: wartość opałowa oraz ciepło

spalania.  Wartość  opałowa  jest  to  ilość  ciepła  wydzielana  przy  spalaniu  jednostki  masy  lub
jednostki objętości paliwa przy jego całkowitym i zupełnym spalaniu, przy załoŜeniu, Ŝe para
wodna  zawarta  w  spalinach  nie  ulega  skropleniu,  pomimo  Ŝe  spaliny  osiągną  temperaturę
początkową  paliwa.  Jednostką  wartości  opałowej  jest  kJ/kg.  Ciepło  spalania  jest  to  ilość
ciepła,  jaka  powstaje  przy  spalaniu  całkowitym  i  zupełnym  jednostki  masy  lub  jednostki
objętości analizowanej substancji w stałej objętości, przy czym produkty spalania oziębia się
do  temperatury  początkowej,  a  para  wodna  zawarta  w  spalinach  skrapla  się  zupełnie.
Jednostką ciepła spalania jest J/kg.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Spalanie jest procesem chemicznym przebiegającym w wielu stadiach i moŜe być zupełne

(całkowite)  lub  niezupełne,  gdy  w  spalinach  jest  obecny  tlenek  węgla  lub  inne  substancje
niespalone  całkowicie.  W  tym  procesie  dąŜy  się  do  całkowitego  spalenia  wszystkich  części
palnych  paliwa  przy  minimalnej  ilości  powietrza  (tlenu),  zbliŜonej  do  stechiometrycznej.
Warunki procesowe i aparatura do spalania paliw róŜnią się w zaleŜności od postaci paliwa,
jego koncentracji i właściwości fizykochemicznych zawartych w nim składników palnych.

Surowce stosowane do wykorzystania produktów przemysłowych są przede wszystkim

materiałami  pochodzenia  naturalnego,  które  w  zaleŜności  od  pochodzenia  dzieli  się  na
surowce  mineralne  (kopalne)  oraz  roślinne  i  zwierzęce  (odtwarzalne).  Surowce  mineralne
występują  w postaci  rud,  mniej  lub  bardzie  czystych,  zawierających  obok  składnika
zasadniczego  tak  zwany  balast  określony  mianem  skały  płonnej.  Wzrost  ogólnych  kosztów
pozyskiwania  surowców  o  odpowiedniej  czystości  powoduje  potrzebę  ich  odzysku
i powtórnego uŜycia lub tez stosowania w postaci bardziej stęŜonej.

Projektowanie procesu technologicznego stanowi złoŜony problem wymagający analizy

wielu róŜnorodnych zagadnień, wykonywania wielu symulacji i obliczeń. Projekt
wykonywany jest w wielu stadiach i wariantach zanim stanie się rozwiązaniem ostatecznym,
w których zastosowane zostaną właściwe rozwiązania konstrukcyjno-aparaturowe.

Schemat technologiczny jest kluczowym dokumentem w procesie projektowania

technologicznego. Stanowi on rysunek, na którym za pomocą symboli ilustrujących proste lub
złoŜone procesy jednostkowe oraz ich powiązanie przedstawia się przebieg produkcji. Schemat
taki musi być jasny, zwarty, dokładny i kompletny. RozróŜnia się róŜnego rodzaju schematy.

Schemat blokowy stanowi najprostszą formę. Procesy lub aparaty przedstawione są jako

kwadraty (prostokąty) lub koła. Sposób ten przydatny jest do pokazania procesu w sposób
poglądowy, w uproszczonej formie (w sprawozdaniach, raportach czy podręcznikach).

W wielostadiowym projektowaniu technologicznym zaleca się wykonywanie trzech

rodzajów schematów: ideowego, wstępnego i technicznego.

Schemat ideowy przedstawia proces w najprostszej postaci w kolejności wymaganej do

przeprowadzenia procesu technologicznego. Zalecane jest przy tym posługiwanie się
symbolami pokazanymi na schemacie:

bezciśnieniowe

ciśnieniowe

próŜniowe

Rys. 3. Symbole schematu ideowego: procesy podstawowe, jednostkowe:

a) bez reakcji chemicznej; b) z reakcją chemiczną.

Posługując się wymienionymi symbolami, sporządza się schemat ideowy, w którym

symbole umieszcza się jeden pod drugim poczynając od góry. JeŜeli proces składa się z kilku
ciągów,  wówczas  wskazane  jest  rysowanie  ciągów  równolegle,  obok  siebie.  Ciągi
pomocnicze rozmieszcza się obok  głównego ciągu technologicznego. Poszczególne symbole
łączy  się  liniami  obrazującymi  drogę  przepływu  strumieni  masowych,  zaznaczając  kierunek
strzałką.  Strumienie  pomocnicze  oznaczane  są  linią  o  połowę  cieńszą  w  wprowadzone  do
prostokąta od góry z lewej strony, a odprowadzone od dołu z prawej strony. Dla czynników
pomocniczych zarezerwowana jest linia cienka przerywana lub punktowana. Wszystkie linie
na  schemacie  powinny  być  ponumerowane  z  wyjaśnieniem  ich  znaczenia  lub  opisane.
Schemat ideowy przedstawiono na Rys. 4.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat techniczny (techniczno-technologiczny) jest dalszym etapem graficznego, juŜ

ścisłego,  pokazania  przebiegu  procesu.  Przebieg  produkcji  jest  przedstawiony  za  pomocą
uproszczonych  rysunków  lub  wyŜej  wymienionych  symboli.  Rysunki  wykonywane  są
w skali.  W  skali  podane  są  równieŜ  poziomy,  na  których  rozmieszczone  są  aparaty
i urządzenia.  Sposób  rysowania  jest  analogiczny  do  schematu  wstępnego  z  tym,  Ŝe  na
przewodach (rurociągach) podaje się średnice i ewentualnie długości. Zaznaczone są miejsca,
w  których  odbywa  się  pomiar  ciśnienia,  temperatury,  stęŜenia  itp.  Przy  sporządzaniu
schematu technicznego powinny być juŜ określone: liczba, rodzaje, typy i wymiary aparatów
i urządzeń.

Woda w odpowiedniej ilości i odpowiedniej jakości jest potrzebna w wielu dziedzinach

bytowo-gospodarczych. RozróŜniamy kilka typów wód: wody gruntowe, wody
powierzchniowe, wody opadowe (deszczowe), wody morskie. Jakość oraz ilość wód określają
warunki geograficzne, klimatyczne i działalność człowieka.

W róŜnych gałęziach przemysłu woda stanowi: surowiec, reagent, rozpuszczalnik

substancji stałych, ciekłych i gazowych, absorbent, nośnik ciepła do chłodzenia i ogrzewania.
W  przemyśle  główne  źródła  zaopatrzenia  w  wodę  stanowią  wody  powierzchniowe
i gruntowe.  Stosuje  się  nazwy  wód  określając  ich  pochodzenie  i  przeznaczenie.  Woda
nieuzdatniona  to  woda  surowa,  woda  technologiczna  (obiegowa)  to  woda  krąŜąca
w instalacjach  grzejnych  i  przemysłowych,  woda  kotłowa  znajduje  się  w  kotłach,  wody
zrzutowe  (kondensat  lub  skropliny)  to  wody  usuwane  na  zewnątrz  z  instalacji
technologicznej.  W  technologiach  przemysłowych  szczególnie  zalecanym  rozwiązaniem  jest
stosowanie obiegu zamkniętego (cyrkulacji).

Woda zawiera wiele substancji (zanieczyszczeń), które mogą stanowić cząstki

zawieszone lub rozpuszczone. Wody, zaleŜnie od pochodzenia, mogą być zanieczyszczone
mechanicznie bądź chemicznie.

Oczyszczanie wody, zwane uzdatnianiem wody, obejmuje wszystkie procesy

mechaniczne  i fizykochemiczne  usuwania  zanieczyszczeń.  Rodzaj  i  stopień  zanieczyszczeń
powodują,  Ŝe  oczyszczanie  wód  powierzchniowych  róŜni  się  od  oczyszczania  wód
gruntowych.  Oczyszczanie  mechaniczne,  czyli  usuwanie  zanieczyszczeń  stałych,  polega  na
ich  zatrzymaniu  na  kratach  oraz  sitach,  koagulacji  (flokulacji),  sedymentacji  lub  filtracji.
Oczyszczanie  chemiczne  polega  na  wytrącaniu  z  wody,  w  postaci  soli  nierozpuszczalnych,
substancji  powodujących  jej  twardość  lub  reakcji  wymiany  na  sole  rozpuszczalne,
niepowodujące tworzenia się kamienia kotłowego.

Twardość wody wynika z obecności róŜnego rodzaju soli. Usuwanie twardości wody

(zmiękczanie)  metodą  fizyczną  prowadzi  się  poprzez  podgrzanie  wody  do  temperatury
65–90°C,  w  wyniku  czego  następuje  rozkład  wodorowęglanów,  lub  odparowaniu  wody
w wyparkach  oraz  kondensacji  i  skropleniu  pary  wodnej.  Zmiękczanie  wody  metodą
chemiczną  prowadzi  się  z  wykorzystaniem  mleka  wapiennego,  sody  kalcynowanej,
mieszaniny  wapnia  i sody,  fosforanów  (V)  sodu  oraz  z  wykorzystaniem  jonitów.  Twardość
przemijająca  wynika  z obecności  w  wodzie  wodorowęglanów  wapnia  i  magnezu,  natomiast
twardość  niewęglanowa  wynika  z  obecności  w  wodzie  siarczanów  i  chlorków  wapnia
i magnezu.

Aeracja (napowietrzanie) jest stosowana do usuwania nadmiaru jonów Ŝelaza i manganu

oraz usunięcia z wody twardości węglanowej. Aerację prowadzi się poprzez barbotaŜ
powietrza przez warstwę wody lub kontakt rozpylonej wody z powietrzem.

Chemiczne metody oczyszczania wody polegające na wytrącaniu soli wapnia i magnezu

mają  obecnie  coraz  mniejsze  znaczenie.  Szerokie  zastosowanie  znalazły  chemiczne  metody
polegające  na  wymianie  jonowej  na  jonitach.  RozróŜniamy  dwa  rodzaje  jonitów,  kationity
i anionity. Kationity stosowane w przemyśle do zmiękczania wody stanowią najczęściej sieć
polistyrenową  powiązaną  poprzecznie,  do  której  przyłączone  są  grupy  sulfonowe.  Ziarna

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

kationitu w formie sodowej umieszczone w cylindrycznym zbiorniku, po nasyceniu wodą
zdolne są do absorpcji i wymiany kationitów powodujących twardość wody.

2RSO

Na + Ca(HCO

)

→ (RSO

)

Ca + 2NaHCO

2RSO

Na + MgSO

→ (RSO

)

Mg + Na

gdzie: R – rodnik.

Po wyczerpaniu zdolności jonowymiennych regenerację kationitu prowadzi się roztworem

chlorku sodu, w wyniku czego następuje wyparcie z kationitu jonów wapnia i magnezu.
W wyniku zastosowania jonitów do zmiękczania, stęŜenie jonów wapnia i magnezu osiąga
wartości poniŜej 1mg/dm

w wodzie oczyszczonej.

Demineralizacja wody (dejonizacja) pozwala na usunięcie obok kationów wapnia

i magnezu równieŜ innych kationów i anionów. Zastosowanie kationitów z grupami
sulfonowymi powoduje konwersję wszystkich metali z soli zawartych w wodzie,
z wytrąceniem wolnych kwasów.

RSO

H + NaCl ↔ RSO

Na + HCl

W drugim etapie przepływ wody przez warstwę anionitu mającego grupy aminowe

o charakterze zasadowym, zdolnych do wymiany anionów, powoduje absorpcję wolnych
kwasów:

na anionitach słabo zasadowych

R–N(CH

)

+ HCl ↔ R–N(CH

)

HCl

na anionitach silnie zasadowych

R–N(CH

)

OH + HCl ↔ R–N(CH

)

Cl + H

Regeneracja anionitów odbywa się za pomocą roztworu wodorotlenku sodu. Anionity

silnie zasadowe stosowane są równieŜ do oczyszczania wody z rozpuszczonej krzemionki
i CO

Woda stosowana w przemyśle musi spełniać odpowiednie wymagania charakterystyczne

dla danej technologii, np. woda stosowana do chłodzenia powinna charakteryzować się jak
najmniejszą twardością aby unikać powstawania kamienia kotłowego, który moŜe
spowodować uszkodzenie lub nieprawidłowe działanie instalacji.

Powietrze moŜna rozpatrywać jako źródło surowców do otrzymywania gazów

przemysłowych.  Czystość  powietrza  dla  wielu  technologii  przemysłowych  i  dziedzin
gospodarki  nie  obejmuje  usuwania  zanieczyszczeń  aerozolowych  i  gazowych.  Powietrze
w wielu  procesach  stanowi  substancję  pomocniczą  lub  substrat,  reagent,  a  takŜe  jest
surowcem do otrzymywania gazów przemysłowych, takich jak azot, tlen, argon, neon, ksenon
oraz  krypton.  Rozdzielenie  powietrza  na  składniki  wykonywane  jest  róŜnymi  metodami
fizycznymi  i  chemicznymi.  Na  skalę  przemysłową,  najczęściej  stosuje  się  rektyfikacje
powietrza ciekłego, skroplonego. Skraplanie powietrza metodą Claude’a znalazło największe
zastosowanie.  Powietrze  oczyszcza  się  w  filtrze  i  chłodzi  się  bezprzeponowo  strumieniem
wody  w  szeregu  wymienników  –  reagentów,  gdzie  jest  chłodzone  gazami  odlotowymi  –
tlenem i azotem – do temperatury – 172˚C, co powoduje usunięcie w duŜym stopniu wilgoci
i  dwutlenku  węgla.  Ciekłe  powietrze  kierowane  jest  następnie  do  dolnej  części  kolumny
rektyfikacyjnej. Destylacja frakcyjna ciekłego powietrza odbywa się z wykorzystaniem róŜnic
temperatur  wrzenia,  przy  bardzo  niskiej  temperaturze  powoduje  konieczność  stosowania

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

specjalnych materiałów konstrukcyjnych do wyrobu aparatury procesowej i metod
chłodzenia. W wyniku destylacji otrzymuje się neon, argon, krypton i ksenon.

Związki azotowe w postaci kwasu azotowego (V) i amoniaku są jednymi z podstawowych

półproduktów stosowanymi we współczesnym przemyśle chemicznym. Związki azotanu (V)
amonu, mocznika, fosforanu (V) amonu są stosowane jako nawozy sztuczne, a takŜe są
stosowane do wyrobu barwników, środków wybuchowych, Ŝywic i innych.

Amoniak jest wytwarzany z węglowodorów, głównie metanu, lecz standardowym

procesem jest synteza amoniaku metodą Habera w zakresie temperatury 400–500ºC
i ciśnienia 8–35 MPa, zgodnie z reakcją:

+ 3H

2NH

Na szybkość reakcji tworzenia amoniaku ma wpływ aktywność stosowanego katalizatora.

Głównym surowcem tej metody jest gaz ziemny, konieczne jest wielostopniowe oczyszczenie
tego gazu. Z gazów syntetycznych muszą być usunięte duŜe ilości CO

, CO i H

O oraz

mniejsze ilości COS i H

S, a takŜe popiół lotny. Przy wytwarzaniu gazów syntetycznych

z ropy  naftowej  lub  gazu  ziemnego,  poprzez  działanie  pary  wodnej  w  procesie  reformingu
stopień  konwersji  węglowodoru  do  wodoru  i  tlenku  węgla  jest  ograniczony  równowagą
reakcji:

2n+2

+ nH

O nCO + (2n + 1)H

Proces ten jest prowadzony w reaktorach (piecach) kontaktowych rurowych. W rurkach

znajduje  się  katalizator  niklowy  na  nośniku  tlenku  glinu  lub  tlenku  magnezu.  Dodatkowa
ilość ciepła do reaktora wprowadza się poprzez spalenie gazu ziemnego w przestrzeni miedzy
rurkami.  W  reaktorze,  który  pracuje  w  warunkach  zbliŜonych  do  adiabatycznych,  powietrze
podawane  jest  w  nadmiarze  tak  aby  uzyskać  porządny  stosunek  wodoru  do  azotu
w mieszaninie gazu kierowanej do syntezy amoniaku. W wyniku częściowego spalenia gazów
kierowany  do  reaktora  tlen  z  powietrza  jest  uŜywany  na  powstanie  CO  i  CO

. w gazach po

konwersji  metanu  znajduje  się  20  do  40%  objętości  CO.  Konwersję  tlenku  węgla  niezbędną
do  uzyskania  dodatkowej  ilości  wodoru  prowadzi  się  w  konwertorze  półkowym
z wykorzystaniem  katalizatora  cynkowo-chromowo-miedzianego  w  zakresie  temperatur
250 do  300ºC  i  pod  nieco  podniesionym  ciśnieniem.  Gaz  syntetyczny  po  konwersji  zawiera
pewną  ilość  nieprzereagowanego  metanu,  argonu  a  takŜe  tlenku  węgla,  dwutlenku  węgla
i siarkowodoru,  które  są  szkodliwe  dla  katalizatora  syntezy  amoniaku.  System  oczyszczania
gazów  oparty  jest  na  absorpcji  zanieczyszczeń  gazowych  w  roztworach  alkaicznych,
w absorberach  półkowych.  Końcowe  oczyszczenie  gazów  syntetycznych,  polega  na
dodatkowym usunięciu CO do stęŜenia poniŜej 0,1 ppm poprzez metalizację na katalizatorze
niklowym osadzonym na nośniku tlenku glinu w temperaturze 300–350ºC. Metan i argon są
gazami  obojętnymi  w  procesie  syntezy  amoniaku.  Po  ewentualnym  uzupełnieniu  gazów
syntetycznych wodorem i azotem pochodzącymi z innych źródeł są one spręŜane. Mieszanina
azotowo-wodorowa  kierowana  jest  do  górnej  części  reaktora,  gdzie  na  katalizatorze
Ŝelazowym  ulega  przemianie  w  amoniak  w stosunku  do  około  20%.  Mieszanina  gazów  po
opuszczeniu  reaktora  zostaje  ochłodzona  w kondensatorze  do  skroplenia  się  amoniaku.
Po oddzieleniu  amoniaku  w  separatorze  gaz  nieprzereagowany  zawraca  się  ponownie  do
reaktora.  W  celu  zapewnienia  stabilnych  warunków  pracy  reaktora  co  pewien  czas  z  gazów
obiegowych usuwane są gazy inertne (metan i argon) przez co ich stęŜenie utrzymuje się na
stałym niskim poziomie.

Kwas azotowy (V) moŜna otrzymać, łącząc tlenek kwasowy z wodą:

O + N

→ 2HNO

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jest to jednak tylko teoretyczny proces, niemający praktycznego sensu. Na skalę

przemysłową kwas azotowy otrzymuje się w reakcji katalitycznego utleniania amoniaku
(w temperaturze 900°C w obecności platyny i rodu) według równania:

4NH

+ 5O

→ 4NO + 6H

Tak uzyskany tlenek azotu (II) utlenia się do tlenku azotu (IV):

2NO + O

→ 2NO

Następnie tlenek azotu (IV) rozpuszczony w wodzie ulega dysproporcjonowaniu

wg. równania:

2NO

+ H

O → HNO

+ HNO

W reakcji powstaje kwas azotowy (V) i kwas azotowy (III). Ten ostatni jest nietrwały

i ulega dalszemu dysproporcjonowaniu według równania:

3HNO

→ HNO

+ 2NO + H

Powstały tlenek azotu (II) jest ponownie utleniany i wykorzystywany w procesie. Metodę

otrzymywania kwasu azotowego z tlenku azotu opracował Ignacy Mościcki.

Katalizator charakteryzuje się wysoką selektywnością, co zapewnia stopień konwersji

ponad  95%,  pod  ciśnieniem  wyŜszym  od  1  MPa.  Proces  ten  jest  egzotermiczny.  Chłodzenie
kwasu  azotowego  (V)  do  temperatury  -2ºC  jest  konieczne,  jeŜeli  chce  się  wytwarzać  kwas
o stęŜeniu powyŜej 65%.

Przetwórstwo surowców naturalnych obejmuje duŜą grupę substancji, materiałów,

w których znajdują się surowce odnawialne i nieodnawialne.

Surowce zwierzęce to przede wszystkim tłuszcze, woski i białka. Tłuszcze zwierzęce

obejmują róŜnorodne produkty zaleŜne od źródła pozyskania a takŜe od rodzaju i pochodzenia
tłuszczu.  Tłuszcze  dzielą  się  na  jadalne  (spoŜywcze)  oraz  na  tłuszcze  techniczne.  Tłuszcze
techniczne uŜywane są do produkcji mydeł, gliceryny, stearyny, smarów, pokostów. Tłuszcze
ulegają  hydrolizie  i  w  reakcji  z  wodorotlenkiem  sodu  przechodzą  w  sól  sodową  kwasu
tłuszczowego,  co  określa  się  mianem  mydła  oraz  w  glicerol.  Aby  oddzielić  mydło  od
glicerolu  do  mieszaniny  reakcyjnej  dodaje  się  sól  kamienną.  Produkcja  mydła  moŜe  być
prowadzona  przez  działanie  na  tłuszcz  parą  wodną  w  autoklawie  pod  wysokim  ciśnieniem
0,8 MPa  i  w  temperaturze  170ºC.  Otrzymuje  się  wówczas  kwas  tłuszczowy  wysokiej
czystości  oraz  glicerol.  Działając  następnie  na  kwas  tłuszczowy  węglanem  sodu  lub  potasu
wytwarza się mydło.

−COOH + Na

→ 2C

−COONa + CO

+ H

Mydło o odpowiedniej jakości (wyrób handlowy) otrzymuje się w wyniku dalszych

operacji, w duŜej mierze mechanicznych.

Ze zwierząt morskich produkuje się oleje rybne i tran. Charakteryzują się one wysoka

zawartością  specyficznych,  nienasyconych  kwasów  tłuszczowych.  Oleje  rybne  stanowią
doskonały  surowiec  do  otrzymywania  olejów  specjalnych  (sulfatowanych),  uŜywanych
w przemyśle włókienniczym i skórzanym. Tran,otrzymywany przez ekstrakcję z wątroby oraz
z tłuszczu  ryb  i  ssaków  morskich,  jest  wykorzystywany  w  celach  leczniczych,  a  takŜe  jako
surowiec w przemyśle spoŜywczym i garbarskim.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Surowce roślinne stanowią rośliny zboŜowe, oleiste, włókniste, okopowe, a takŜe

produkty roślinne takie jak drewno, kauczuk naturalny, wosk, tłuszcze i białka roślinne
rośliny do produkcji substancji zapachowych, garbników ziół i lekarstw.

Surowce roślinne wykorzystywane są w wielu gałęziach przemysłu, takich jak przemysł

gorzelniczy, spoŜywczy, paliwowy oraz wiele innych.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonywania ćwiczeń.

Jakie czynniki wpływają na stan równowagi i wydajność reakcji chemicznych?

Jak nazywa się materiały biorące udział w procesie technologicznym?

Jakie procesy najczęściej stosowane są w przemyśle chemicznym i przetwórczym?

Co nazywa się ciągiem technicznym?

Jakie wyróŜnia się procesy podstawowe i jednostkowe?

Jakie są zasady najlepszego wykorzystania energii?

Na czym polega uzdatnianie wody przemysłowej?

Jak przebiega proces skraplania powietrza metodą Claude’a?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Porównaj efektywność metod zmiękczania wody stosowanej jako chłodziwo

w technologii produkcji styrenu. Określ poziom zagroŜenia spowodowany ewentualną awarią
podgrzewacza pary wynikającą z zastosowania wody twardej.

Celem ćwiczenia jest zbadanie skuteczności zmiękczania wody wodociągowej metodą

termiczną (gotowanie i destylowanie) i metodą wymiany jonitowej.oraz określenie poziom
zagroŜenia spowodowany ewentualną awarią podgrzewacza pary wynikającą z braku kontroli
stanu technicznego urządzenia.
Związki chemiczne: próbki wody do uzdatniania, 0,05 mol/dm

roztwór EDTA (wersenian

sodu), bufor amoniakalny pH = 10, czerń eriochromowa.

Styren produkuje się na skalę przemysłową, gdyŜ przerabiany jest na polistyren oraz

kauczuk butadienowo-styrenowy. Styren otrzymuje się przez odwodornienie etylobenzenu,
który produkuje się przez alkilowanie benzenu etylenem. NaleŜy rygorystycznie przestrzegać
zasad kontrolowania stanu technicznego stosowanych urządzeń.

Przebieg procesu (Rys. 6): etylobenzen odparowuje się w odparowalniku 2 ogrzewanych

ciepłem gazów spalinowych z pieca1.W wymiennikach ciepła 4 zostaje podgrzany do 700°C
i miesza z parami etylobenzenu przed aparatem kontaktowym 3, w którym następnie zachodzi
katalityczne  uwodornienie  etylobenzenu.  Otrzymany  styren  schładza  się  w  odbieralnikach  4
i 5.  W  oddzielaczu  6  skraplają  się  produkty  smołowe.  Po  kolejnym  schłodzeniu  skropliny
styrenu  oddziela  się  i  gromadzi  w  zbiorniku  7.  Przed  rektyfikacją  dodaje  się  siarkę,  aby
zahamować  proces  polimeryzacji.  Po  rektyfikacji  czysty  styren  przekazuje  się  do  dalszego
przetwarzania, a zanieczyszczony zawraca do procesu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rysunek do ćwiczenia 1. Schemat produkcji styrenu: 1 – podgrzewacz pary, 2 – odparowalnik etylobenzenu,

3 – aparat kontaktowy, 4 – wymienniki ciepła, 5 – chłodnice, 6 – oddzielacze, 7 – zbiornik styrenu surowego,

8 – pompa, 9 – kolumna rektyfikacyjna [5]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

pobrać 50 cm

badanej wody do kolbki stoŜkowej,

dodać 5 cm

buforu o pH = 10,0 oraz szczyptę czerni eriochromowej,

zmiareczkować próbkę 0,05 molowym roztworem wersenianu do momentu, gdy
fiołkowo-czerwona barwa zmieni się na niebieską,
Zawarte w wodzie jony Mg

oraz Ca

reagują z wersenianem sodu (EDTA) dając

połączenia kompleksowe. Wprowadzona we wstępnej fazie do wody czerń eriochromowa
daje równieŜ połączenia kompleksowe z jonami Mg

, przy czym połączenie to jest

barwne, ale słabsze od połączenia z EDTA; na początku analizy roztwór jest więc
barwny. Podczas miareczkowania (dodawania roztworu EDTA) najpierw jony Ca

a później jony Mg

zostają związane przy pomocy EDTA. Gdy juŜ cała ilość Mg

zostanie związana z EDTA, zabarwienie roztworu zmieni się z powodu zniknięcia
połączenia czerni eriochromowej z Mg

. Moment zmiany zabarwienia oznacza koniec

miareczkowania,

obliczyć stęŜenie jonów Mg

oraz Ca

w badanym roztworze wiedząc, Ŝe na kaŜdy jon

lub Ca

zuŜyto jedną cząsteczkę EDTA:

EDTA

⋅

1000

gdzie:

– szukana molowo

ść

roztworu (twardo

ść

wody) [mol/dm

]

EDTA

– molowo

ść

roztworu EDTA [mol/dm

]

– obj

ść

(w cm

) roztworu EDTA zu

ytego na zmiareczkowania próbki

oznaczenie powiniene

wykona

trzykrotnie, za wynik przyj

ąć

redni

arytmetyczn

pomiarów,

doprowadzi

do wrzenia 200 cm

wody, stan wrzenia utrzyma

przez 10 min, ostudzi

temperatury pokojowej, przefiltrowa

przez s

czek, ponownie oznaczy

twardo

ść

wody

metod

miareczkowania EDTA w sposób opisany powy

ej,

para

etylobenzen

styren

siarka

smoła

woda

para

gazy odlotowe

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przesączyć 200 cm

wody surowej przez kolumny z anionitem, a następnie z kationitem

(poziom wody w kolumnach z jonitami powinien być zawsze wyŜszy, niŜ poziom
jonitów), powtórnie oznaczyć twardość wody teraz tej zdemineralizowanej przez
miareczkowanie EDTA (trzykrotne miareczkowanie, wynik średni),

oznaczyć twardość wody wodociągowej i destylowanej metodą miareczkowania EDTA,

porównać skuteczność stosowanych metod oczyszczania (zmiękczania i demineralizacji)
wody opierając się na wynikach miareczkowania,

10)

określić poziom zagroŜenia ewentualną awarią podgrzewacza pary wynikającą z jego
zuŜycia a spowodowany brakiem okresowej kontroli stanu technicznego urządzenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

kolumny z jonitem,

–

maszynka elektryczna, płytka izolacyjna,

–

szkło laboratoryjne: kolbka stoŜkowa 250 cm

(do grzania wody), szkiełko zegarkowe,

kolbki do miareczkowania 125 cm

(3 szt.), zlewki 100 cm

(2 szt.), zlewka 25 cm

pipeta 50 cm

, pipeta miarowa 10 cm

, biureta ze statywem, lejek, cylinder 10 cm

lub

25 cm

–

papierki uniwersalne, sączki,

–

statyw do sączenia,

–

łopatka metalowa,

–

kalendarz chemiczny.

Ćwiczenie 2

Wykonaj schemat wstępny otrzymywania bezwodnika ftalowego metodą utleniania

naftalenu na podstawie schematu ideowego i opisu przebiegu. Scharakteryzuj procesy
i operacje. Podaj stosowane podstawowe zasady technologiczne.

Bezwodnik kwasu ftalowego jest jednym z waŜniejszych półproduktów w produkcji

barwników i tworzyw sztucznych. Otrzymuje się go przez katalityczne utlenianie naftalenu.
Czynnikiem utleniającym jest powietrze pod normalnym ciśnieniem w temperaturze 625–675 K.

Naftalen w stanie pary o temperaturze ok. 352 K jest mieszany ze strumieniem gorącego

powietrza  w  mieszalniku  7.  Oczyszczone  i  spręŜone  w  spręŜarce  9  powietrze  podgrzewane
jest  w wymienniku  ciepła  6  strumieniem  produktów  opuszczających  reaktor  8.  Reaktor,
aparat  kontaktowy  stanowi  zespół  pionowych  rurek  wypełnionych  nieruchomym
katalizatorem,  tlenkiem  wanadu  (V)  V

osadzonym na nośniku krzemionkowym. Ziarna

katalizatora mogą stanowić złoŜe fluidalne w reaktorze fluidalnym. Proces prowadzony jest w
temperaturze 625–675 K pod normalnym ciśnieniem. Gazy poreakcyjne, oddając część ciepła
w  wymienniku  2,  kierowane  są  do  komór  kondensacyjnych  6,  gdzie  następuje  kondensacja
i krystalizacja  bezwodnika  ftalowego  w  temperaturze  około  405  K.  Oczyszczanie  surowego
bezwodnika  odbywa  się  zwykle  metodą  destylacji  próŜniowej  (temperatura  wrzenia  557  K)
(Rys. 7)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, wstawiając w odpowiedniej
rubryce znak X. W przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem,
a następnie ponownie zaznaczyć odpowiedź prawidłową.

Test zawiera 20 zadań, w tym: 15 z poziomu podstawowego i 5 z poziomu
ponadpodstawowego.

Do kaŜdego zadania dołączone są 4 moŜliwe odpowiedzi. Tylko jedna jest prawidłowa.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Kiedy udzielanie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóŜ jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

Na rozwiązanie testu masz 40 minut.

Powodzenia

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Legalizacja przyrządu pomiarowego polega na
a)

sprawdzeniu go za pośrednictwem wzorca.

sprawdzeniu jednej czynności przyrządem kontrolnym o znanej i większej
dokładności od dokładności przyrządu legalizowanego.

znalezieniu jego właściwych cech w Dzienniku Urzędowym lub Polskich Normach.

sprawdzeniu właściwości metrologicznych przyrządu i jego ocechowaniu lub wydaniu
świadectwa legalizacyjnego przez wyspecjalizowane instytucje.

Błąd bezwzględny to
a)

róŜnica algebraiczna pomiędzy wynikiem pomiaru a wartością wielkości mierzonej.

błąd powtarzający się przy kolejnych pomiarach pod wpływem zmieniających się
czynników zewnętrznych np. temperatury, ciśnienia, wilgotności itp.

błąd powstający w wyniku działania na przyrząd nieuchwytnych zmian warunków
zewnętrznych.

błąd wynikający z indywidualnych właściwości obserwatora i jego niedoskonałości.

Obliczony błąd względny waŜenia, na wadze analitycznej, wykonanego z dokładnością do
0,0001 g dla próbki o masie 0,1549 wynosi
a)

– 0,060%.

± 0,072%.

± 0,065%.

+ 0,060%.

Do pomiaru ciśnienia atmosferycznego słuŜą
a)

wakuometry.

manometry.

barometry.

manowakuometry.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W przyrządach hydrostatycznych, np. „U” rurce lub manometrze rtęciowym, do pomiaru
ciśnienia wykorzystywana jest zasada
a)

odkształcenia elementu spręŜystego.

zmiany ciśnienia powodującej przesunięcie tłoka.

zmiany właściwości materiału pod wpływem zmiany ciśnienia.

równowaŜenia mierzonego ciśnienia ciśnieniem hydrostatycznym słupa cieczy.

Do grupy podstawowych procesów dyfuzyjnych, związanych z przemianami fizycznymi
i chemicznymi nie naleŜy
a)

rektyfikacja.

ekstrakcja

przesiewanie

sublimacja.

Temperatura wrzenia wody, w warunkach normalnych, w skali Kelwina wynosi
a)

273 K.

373 K.

223 K.

323 K.

W termometrach oporowych metalowe uzwojenie czujnika powinno odpowiadać
warunkowi
a)

zmianom temperatury powinny towarzyszyć nieznaczne zmiany oporu elektrycznego.

w zakresie stosowania powinny zmieniać się właściwości fizyko–chemiczne.

zmiany oporu elektrycznego powinny być proporcjonalne do zmian temperatury.

temperatura topnienia lub przemian alotropowych nie wpływa na zakres stosowalności
termometru.

Do pomiaru ilości przepływającej cieczy przez rurociąg nie stosuje się
a)

przepływomierzy komorowych.

przepływomierzy skrzydełkowych.

przepływomierzy śrubowych.

przepływomierzy wirnikowych.

10.

W analizie polarograficznej nie moŜna oznaczyć
a)

stopów metali wysokiej czystości.

związków organicznych, które ulegają reakcjom elektrodowych.

węglowodorów.

rud metali.

11.

Potencjał półfali nie zaleŜy od
a)

rodzaju badanego jonu.

stęŜenia badanego jonu.

pH roztworu, w którym prowadzone jest badanie.

obecności substancji kompleksujących.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12.

Promieniowanie α to
a)

strumień szybkich elektronów emitowanych z jądra atomu w wyniku zachodzących
w nim przemian.

emisja promieniowania w postaci fali elektromagnetycznej.

dodatnio naładowana cząstka, wyrzucona z jądra atomowego składająca się z dwóch
protonów i dwóch neutronów.

emisja nowych neutronów wyrzuconych podczas tzw. rozszczepienia jądra przez
neutron pierwotny, znajdujący się w pobliŜu tego jądra izotopu.

13.

Plateau licznika do pomiarów radiometrycznych to
a)

inna nazwa popularnego licznika Geigera-Müllera.

zakres napięć, w którym liczba rejestrowanych impulsów zaleŜy od przyłoŜonego
napięcia.

wartość napięcia, przy którym układ pomiarowy rejestruje pierwszy impuls.

zakres napięcia, przy którym liczba rejestrowanych impulsów nie zaleŜy od
przyłoŜonego napięcia.

14.

Przyrządem do pomiaru natęŜenia przepływu nie jest
a)

pływakowy wskaźnik poziomu.

zwęŜka znormalizowana.

rotametr.

przepływomierz komorowy.

15.

Podczas elektrolizy wodnego roztworu siarczanu (VI) miedzi (II) wydziela się
a)

na katodzie miedź na anodzie trójtlenek siarki.

na katodzie wodór na anodzie tlen.

na katodzie miedź na anodzie tlen.

na katodzie miedź na anodzie siarka.

16.

WskaŜ zdanie fałszywe
a)

na katodzie zachodzi proces redukcji np. wydzielanie się wodoru.

elektrodę, która pobiera elektrony nazywamy katodą.

w procesie elektrolizy na anodzie następuje utlenianie związków organicznych.

w procesie elektrolizy po przyłoŜeniu źródła prądu stałego następuje wędrówka
kationów do katody a anionów do anody.

17.

Elektrolizę prowadzono prądem o natęŜeniu 10 amperów. Podczas elektrolizy stopionego
chlorku ołowiu (II) w czasie 20 minut, przyjmując M

= 207,2 u, ołowiu wydzieliło się na

katodzie
a)

12,882 g.

25,76 g.

0,215 g.

0,043 g.

18.

Urządzenia do mieszania ciał ciastowatych i plastycznych to
a)

mieszarki.

zgniatarki.

mieszalniki.

separatory.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko...........................................................................................................................

Wykonywanie pomiarów parametrów procesowych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

Razem: