1

1

dr Ewa Więckowska-Bryłka

Katedra Chemii WNoŻ

p. 2036

Wykład 1.

Wielkości podstawowe i

pochodne stosowane w chemii

fizycznej

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego

Wydział Nauk o Żywności

CHEMIA FIZYCZNA

Konsultacje:

• Poniedziałek godz. 11-12

• Środa godz. 10-11

2

Kryteria zaliczenia przedmiotu:

chemia fizyczna

dla studentów I roku kierunku Technologia żywności i żywienie

człowieka WNoŻ – studia stacjonarne

Program studiów dla studentów kierunku: technologia żywności i
żywienie człowieka Wydziału Nauk o Żywności przewiduje w II
semestrze studiów dla przedmiotu Chemia Fizyczna

15 godzin wykładów

(7 tyg. x 2 godz. + 1 tydz. x 1 godz.) i

15 godzin ćwiczeń

laboratoryjnych

(5 tyg. x 3 godz.).

Ćwiczenia z chemii fizycznej

są prowadzone na przemiennie grupami co

drugi tydzień (czyli przez 10 tygodni w semestrze) i rozpoczynają się:

12 marca

– gr. 9, 1, 5 – sala 2010 , gr. 10, 2, 6 – sala 2065

19 marca

– gr. 7, 3, 11 – sala 2010, gr. 8, 4 – sala 2065

zgodnie z godzinami podanymi w tygodniowym planie zajęć.

Studenci wykonują ćwiczenia w zespołach 2– lub 3– osobowych (w
każdej grupie 6 zespołów) według ustalonego harmonogramu (dla każdego
zespołu zaplanowano 5 ćwiczeń)

3

Założenia i cele przedmiotu:

 opanowanie przez studenta podstawowych pojęć i praw z zakresu

chemii fizycznej,

 poznanie wybranych zjawisk fizykochemicznych,

 zaznajomienie się z prostymi metodami badawczymi,

 nabycie umiejętności samodzielnego wykonywania pomiarów i

interpretacji ich wyników.

Zgodnie z REGULAMINEM

STUDIÓW, od 1 października 2012 r. w

SGGW

obowiązuje system punktowy odpowiadający standardowi

ECTS (Europejski System Transferu i Akumulacji

Punktów).

Przedmiotowi Chemia Fizyczna przypisano 3 pkt ECTS. Uzyskanie 3
pkt ECTS odzwierciedla

osiągnięcie przez studenta założonych dla

tego przedmiotu

efektów kształcenia, potwierdzone jego zaliczeniem.

4

Efekty kształcenia uwzględnione w sylabusie przedmiotu

Chemia fizyczna to:



student zna podstawowe prawa rządzące procesami fizycznymi i reakcjami
chemicznymi



zna metody opisu przemian fizykochemicznych i chemicznych



zna podstawowe metody i techniki instrumentalnej analizy fizykochemicznej i
chemicznej



zna

podstawowe

metody

opracowywania

i

interpretacji

danych

eksperymentalnych



wykorzystuje poznane zjawiska i równania do opisu oraz oceny właściwości
substancji



posiada umiejętność wykonania pomiarów, ich interpretacji i oceny
wiarygodności



opanował umiejętność samodzielnego uczenia się



posiada umiejętność pracy samodzielnej i zespołowej i jest odpowiedzialny za
odpowiednie warunki i bezpieczeństwo własne i innych.

2

5

Do weryfikacji efektów kształcenia służy:

1.

ocena z 5 sprawozdań pisemnych z wykonanych ćwiczeń laboratoryjnych,
ocenianych w skali 0-3 pkt;

2.

ocena z 5 kolokwiów pisemnych składających się z 2 pytań związanych z
wykonywanym w danym dniu ćwiczeniem przeprowadzanych podczas
ćwiczeń laboratoryjnych, ocenianych w skali 0-5 pkt;

3.

ocena z pisemnego kolokwium składającego się z 7 pytań z materiału
wykładowego, ocenianych w skali 0-5 pkt. Kolokwium to odbędzie się po
zakończeniu wykładów - 22 maja godz. 13-15 (aula III).

Dla każdego z tych trzech elementów określona jest maksymalna liczba punktów
do uzyskania, tj.

1. 15 pkt., 2. 50 pkt., 3. 35 pkt. Razem 100 pkt.

6

Przedmiot zalicza student, który z każdego elementu uzyskał co

najmniej 50% punktów, tzn. odpowiednio: 1. 7,5 pkt., 2. 25 pkt.,
3. 17,5 pkt.

Warunkiem zaliczenia przedmiotu i uzyskania 3 pkt. ECTS jest zaliczenie

wszystkich w/w elementów weryfikacji efektów kształcenia

.

Ocena końcowa z przedmiotu zależy od sumy wszystkich punktów:
50,5-60 pkt. – ocena 3,0; 60,5-70 pkt. – ocena 3,5;
70,5-80 pkt. – ocena 4,0; 80,5-90 pkt. – ocena 4,5;
90,5-100 pkt. – ocena 5,0.



Zgodnie z § 20 pkt. 3. REGULAMINU STUDIÓW:

W przypadku uzyskania w trakcie trwania semestru, w wyniku
przeprowadzenia określonych form weryfikacji efektów kształcenia

określonych w opisie modułu, ocen negatywnych studentowi

przysługuje jeden termin poprawkowy. Termin ten wyznaczany jest
przez osobę odpowiedzialną za moduł i może zostać ustalony w
terminie sesji zaliczeniowej.

7



Studenci, którzy nie uzyskają

50%

możliwej liczby punktów z

kolokwiów ćwiczeniowych, piszą kolokwium z całości materiału

związanego z wykonanymi ćwiczeniami po zakończeniu pracowni
w ustalonym terminie.



Studenci, którzy nie uzyskają

50%

możliwej liczby punktów z

kolokwium wykładowego, piszą kolokwium poprawkowe z

całości materiału wykładowego w dniu 12 czerwca godz. 13-15
(aula III).

Ćwiczenia laboratoryjne są obowiązkowe i wszystkie
przewidziane w programie dla danego zespołu ćwiczeniowego
muszą być wykonane praktycznie.

8



Zgodnie z § 10 pkt. 2, 4 i 5 REGULAMINU STUDIÓW:

2. Obecność studenta na zajęciach innych niż wykłady jest obowiązkowa.

Student nie może mieć więcej niż 20% nieobecności na tych zajęciach -
bez względu na przyczyny.

4. Prowadzący zajęcia decyduje o sposobie i terminie wyrównania

zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach.

5. Student, który nie uczestniczył w zajęciach i nie wyrównał zaległości w

sposób opisany w ust. 4, nie może uzyskać zaliczenia modułu.



Studenci przystępują do ćwiczeń przygotowani teoretycznie –

kolokwium piszą przed rozpoczęciem ćwiczeń laboratoryjnych.



Wyniki pomiarów i ich opracowanie studenci przedstawiają w formie

(jednego na zespół) pisemnego sprawozdania formatu A4 (cel
ćwiczenia, krótki wstęp teoretyczny, wykonanie ćwiczenia, wyniki
pomiarów i ich opracowanie).

Wszystkie sprawozdania muszą być

poprawnie opracowane i oddane !

Podręcznik:Eksperymentalna chemia fizyczna

, praca zbiorowa,

Wyd. SGGW, Warszawa 2007, wyd. III zmienione

3

9

Wykaz ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej

(numery ćwiczeń podano wg podręcznika "Eksperymentalna chemia fizyczna", praca
zbiorowa, Wyd. SGGW, Warszawa 2007, wyd. III zmienione).

1 – 1. Wyznaczanie ciepła rozpuszczania, sala 2010

2 – 1. Wyznaczanie gęstości pary i masy molowej metodą Meyera, sala 2065

2 – 2a. Pomiar współczynnika lepkości cieczy za pomocą wiskozymetru Ostwalda, sala 2065

2 – 3. Wyznaczanie zawartości alkoholu etylowego w badanym roztworze, sala 2010

3 – 1. Wyznaczanie współczynnika podziału kwasu octowego w układzie dwóch nie mieszających się

cieczy, sala 2010

4 – 1. Adsorpcja kwasu octowego na węglu aktywowanym, sala 2010

6 – 1. Wyznaczanie stałej szybkości reakcji inwersji sacharozy metodą polarymetryczną, sala 2010

7 – 1. Miareczkowanie konduktometryczne, sala 2065

7 – 2. Wyznaczanie klasycznej stałej dysocjacji z pomiarów przewodnictwa, sala 2065

8 – 1. Miareczkowanie potencjometryczne kwasu zasadą, sala 2065

9 – 1. Oznaczanie grubości osadzonej powłoki miedzianej i wydajności prądowej elektrolizy, sala 2065

10 – 1. Kolorymetryczne oznaczanie stężenia jonów żelaza (III), sala 2010

Sala 2010

Sala 2065

10

Harmonogram ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej

Zespół

Nr tygodnia

A B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

I

10–1 1–1 2–3

3–1

4–1

6–1

2–1 2–2a 7–1

7–2

8–1

9–1

II

4–1

3–1

6–1

1–1 10–1 2–3

9–1

8–1 2–2a 2–1

7–2

7–1

III

2–1 2–2a 7–1

7–2

8–1

9–1 10–1 1–1

2–3

3–1

4–1

6–1

IV

9–1

8–1 2–2a 2–1

7–2

7–1

4–1

3–1

6–1

1–1 10–1 2–3

V

7–2

7–1

8–1

9–1

2–1 2–2a 6–1 10–1 1–1

2–3

3–1

4–1

Zespoły 2-lub 3-osobowe (6 zespołów w każdej z sal; w momencie rozpoczęcia
pracowni - w sali 2010 zespoły oznaczone literami A-F, w sali 2065 – G-L)

kolor zielony – w sali

2065

Kolor żółty – ćwiczenia wykonywane w
sali 2010

11

Nr grupy: 9 SALA 2010

Zespół Imiona i nazwiska osób w

zespole

Nr ćwiczenia
wykonywanego w dniu
12 03 13 godz. 8 - 11

A

10 –1

B

1–1

C

2–3

D

3–1

E

4–1

F

6–1

12

Rozkład zajęć z chemii fizycznej (we wtorki) dla studentów I roku kierunku
Technologia żywności i żywienie człowieka WNoŻ (studia dzienne) od 12
marca (19 marca) 2013 r. do 26 marca (9 kwietnia) 2013 r.

- pierwsze dwa

tygodnie wg harmonogramu

Sala 2010

Sala 2065

Godz.

Nr grupy Prowadzący

Nr

grupy

Prowadzący

8 – 11

9 (7)

dr B. Parczewska–Plesnar

(dr B. Parczewska–Plesnar)

10 (8)

dr E. Więckowska–Bryłka
(dr E. Więckowska–Bryłka)

11 – 14

1 (3)

dr B. Parczewska–Plesnar

(dr B. Parczewska–Plesnar)

2 (4)

dr E. Więckowska–Bryłka
(dr E. Więckowska–Bryłka)

14 – 17

5 (11)

dr B. Parczewska–Plesnar

6 (-)

dr E. Więckowska–Bryłka

4

13

1. Do każdego ćwiczenia obowiązuje materiał teoretyczny całego

rozdziału o takim numerze jak pierwsza liczba w symbolu
wykonywanego ćwiczenia i Pytania i zadania zamieszczone w

podręczniku po danym ćwiczeniu. Wyjątki dotyczą ćwiczeń z

rozdziału 2, gdzie obowiązuje materiał teoretyczny z poszczególnych

części rozdziału, zgodnie z wymienionymi w ćwiczeniu wymaganiami
kolokwialnymi.

2. W przypadku

ćwiczenia 1–1

obowiązują również

zadania z prawa

Hessa

zamieszczone po teorii rozdziału 1 (np. zad. 48-54 ze str. 48-

50), a przed ćw. 1–1.

Wymagania kolokwialne związane z pytaniami z ćwiczeń:

Wzór nagłówka do sprawozdania:

Nr i tytuł ćwiczenia:

Imię i nazwisko osoby prowadzącej ćwiczenia:

Data wykonania ćwiczenia Godz. Nr grupy

studenckiej

Zespół

Nazwiska osób
wykonujących ćw.

Pkt za spr

Uwagi
prowadzącego:

14

TEMATYKA WYKŁADÓW:

I.

Wielkości podstawowe i pochodne stosowane w chemii
fizycznej

Omówienie sposobu realizacji przedmiotu i kryteriów zaliczenia. Sposób
opracowania wyników pomiarów, sporządzanie wykresów i ich interpretacja
na przykładzie wielkości mierzonych i wyznaczanych podczas ćwiczeń
laboratoryjnych. Definicje, jednostki wg układu SI. Przeliczanie jednostek z
zastosowaniem jednostek pod- i wielokrotnych dla wielkości podstawowych i
ich pochodnych.

II. Termodynamika. Termochemia.

Układ, otoczenie, faza, stan, parametry stanu, funkcje stanu, zasady
termodynamiki. Procesy odwracalne i nieodwracalne. Kryteria samorzutności

procesów. Równania Kirchhoffa. Prawo Hessa. Statyka chemiczna (prawo

działania mas, reguła przekory, izoterma i izobara van't Hoffa). Wyznaczanie

ciepła rozpuszczania.
III.

Płyny.

Gazy: gaz doskonały, równania gazu doskonałego, ciepło molowe, gaz
rzeczywisty, równanie van der Waalsa. Prawa: Daltona i Grahama.
Wyznaczanie masy molowej metodą Meyera.
Ciecze: właściwości cieczy, gęstość, lepkość, metody pomiaru lepkości cieczy,

napięcie powierzchniowe i metody jego wyznaczania. Współczynnik

załamania światła i refraktometria.

15

IV.

Układy jedno i wieloskładnikowe – wielofazowe.

Przemiany i równowagi fazowe. Reguła faz Gibbsa. Roztwory. Prawo Henry'ego.
Napoje gazowane. Choroba kesonowa. Dyfuzja, osmoza. Rola ciśnienia
osmotycznego w procesach biologicznych i w życiu człowieka. Konserwacja

żywności. Prawo Raoulta. Ebulio i kriometria. Destylacja i rektyfikacja. Prawo

podziału Nernsta i ekstrakcja.

V.

Zjawiska powierzchniowe. Adsorpcja i kataliza

Klasyfikacja procesów adsorpcji. Izotermy adsorpcji. Wykorzystanie procesów
adsorpcji: metody chromatograficzne, jonity. Kataliza i reakcje enzymatyczne.
Adsorpcja z roztworu i środki powierzchniowo czynne.

VI.

Koloidy

Układy dyspersyjne. Koloidy, ich klasyfikacja i właściwości. Metody
otrzymywania i oczyszczania koloidów. Dializa. Właściwości optyczne koloidów

– nefelometria i turbidymetria. Punkt izoelektryczny. Elektroforeza. Koagulacja,
denaturacja, peptyzacja. Żele, piany, emulsje (homogenizacja).

16

VII. Metody analizy instrumentalnej
Klasyfikacja metod analizy instrumentalnej. Elektrochemiczne metody
analizy instrumentalnej. Potencjometria – pomiar pH i miareczkowanie
potencjometryczne. Konduktometria i miareczkowanie konduktometryczne.
Elektroliza i kulometria (metoda miareczkowania kulometrycznego).
Wykorzystanie

metod

elektrochemicznych

w

analizie

produktów

pochodzenia naturalnego.
VIII. Metody analizy instrumentalnej

– cd.

Metody spektroskopowe – klasyfikacja ze względu na sposób oddziaływania
promieniowania elektromagnetycznego z materią i wykorzystywany w
badaniach zakres promieniowania. Zasada działania spektrofotometru.
Spektroskopia elektronowa i barwa związków kompleksowych. Prawo
Lamberta - Beera i jego zastosowanie w kolorymetrycznej metodzie
oznaczenia stężenia kompleksu jonów żelaza (III) z kwasem salicylowym.
Spektroskopia UV i IR w analizie produktów pochodzenia naturalnego.

5

17

Sporządzanie

wykresów

na

podstawie

danych

doświadczalnych i ich interpretacja:



wykresy na papierze milimetrowym formatu A4 lub
wydruk z komputera (np. z wykorzystaniem
programu Excel)



wyniki

pomiarów zwykle zestawia się w tabelach -

podstawa do poprawnego wykonania wykresu



na kartce papieru milimetrowego nanosimy

układ

współrzędnych (osie współrzędnych x i y) wraz ze
skalą liczbową na osiach i opisem osi.

18

Zasady

sporządzania wykresów:

•

wykres powinien

posiadać tytuł (na górze lub na dole),

•

stosunek

długości osi nie powinien przekraczać 1 : 1,5,

•

w opisie osi

należy podać symbole użytych wielkości i ich

jednostek,

•

jednostki na osiach

współrzędnych x i y powinny być tak dobrane,

aby wykres funkcji y = f(x)

zajmował całą powierzchnię

ograniczoną osiami układu współrzędnych (całą powierzchnię
kartki papieru);

•

skala liczbowa na osiach wykresu (tzw.

podziałka) powinna być

tak naniesiona, aby z wykresu

można było dokonać odczytu z

dokładnością zbliżoną do dokładności pomiarów,

•

najczęściej stosuje się skalę liniową lub logarytmiczną;

•

w skali liczbowej

należy uwzględnić podziałkę główną i

pomocniczą;

•

skale powinny

być określane w sposób ułatwiający odczyt;

najczęściej stosujemy skale typu: 1·10

n

, 2

·10

n

, 4

·10

n

, 5

·10

n

;

powinniśmy unikać wielokrotności nieparzystych: 3, 6, 7, itd.,

•

skale nie

muszą się zaczynać od zera, lecz ich granice powinny

być zbliżone do ekstremalnych wartości zmiennych,

19

•

zmienna

niezależna na osi odciętych

X

, zmienna

zależna

– na osi rzędnych

Y

,

gdyż

y =

f(

x

)

,

np.

pH

= f(

V

),

λ

= f(

V

),

A

= f (

c

)

0

2

4

6

8

10

12

14

0

10

20

v NaOH [cm

3

]

pH

20

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

6

12

18

v

NaOH

[cm

3

]



[mS]

1

2

v

1

v

2

A = 1578,1 c

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0

0,0001 0,0002 0,0003 0,0004

c

Fe(III

) [mol

.

dm

-3

]

A

6

21

•

wartości dwóch zmiennych x i y są współrzędnymi
punktu pomiarowego i

wyznaczają jego położenie na

płaszczyźnie wykresu

•

punkty zaznacza

się kółeczkami, krzyżykami, lub innymi

znakami

•

jeżeli przedstawiamy więcej niż jedną serię danych
pomiarowych (oznaczanych

różnymi znakami lub

kolorami), wykres musi

zawierać legendę

•

punkty obarczone

błędem grubym (znacznie odbiegające

położeniem od pozostałych na siatce pomiarowej)
pomijamy podczas

kreślenia właściwego wykresu

•

po naniesieniu

punktów doświadczalnych przystępujemy

do

odręcznego wykreślenia, tzw.

linii trendu

za

pomocą

przyrządów geometrycznych (linijki, krzywiki)

22

•

wartości

doświadczalne,

otrzymane

na

podstawie

bezpośredniego pomiaru lub obliczone na podstawie wzoru
zawsze obarczone

są pewnym błędem, stąd punkty na

wykresie zwykle nie

leżą idealnie na prostej (wykres 1) lub

krzywej o

określonym regularnym przebiegu (wykres 2)

Wykres 1

x

y

1

5,2

2

6,9

3

7,4

4

13

5

11,5

6

14,3

7

17,4

8

19,2

9

22,7

10

22,8

y = 2,0848x + 2,5733

R

2

= 0,968

0

5

10

15

20

25

30

0

5

10

15

y

x

23

x

y

0

0

1

2,2

2

12

3

18

4

28

5

50

6

72

Wykres 2

y = 2x

2

- 0,3x + 0,9286

R

2

= 0,993

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

2

4

6

8

y

x

24

Aproksymacja danych:

•

wykresem jest pewna

linia trendu

,

aproksymująca

uzyskany

zbiór danych

•

stosuje

się analityczne metody statystyki matematycznej,

zwane

metodami regresji

liniowej

lub

nieliniowej

•

metody te

umożliwiają wyznaczenie ścisłej zależności

funkcyjnej

y = f(x)

,

równania matematycznego najlepiej

dopasowanego do

wyników pomiarów

•

podczas wykonywania

obliczeń metodami regresji za

pomocą wzorów, są wyznaczane tzw.

reszty regresji

, czyli

różnice

pomiędzy wartością współrzędnej

y

obserwowaną

doświadczalnie i wartością teoretyczną leżącą na linii
regresji,

odpowiadającą danej wartości

x

7

25

•

jedną z metod regresji jest

metoda najmniejszych

kwadratów

, w

której parametry funkcji y = f(x) są

dobierane tak, aby suma

kwadratów reszt regresji

(odchyleń punktów pomiarowych od linii regresji)
była jak najmniejsza

•

miarą stopnia dopasowania wybranego modelu
regresji do danych

doświadczalnych jest

wartość

kwadratu

współczynnika regresji R

2

(im bardziej

zbliżona do 1, tym lepiej dobrano model regresji)

•

w wyniku

obliczeń rysowana jest linia prosta (lub

krzywa) najlepiej

opisująca punkty pomiarowe

•

o znalezionej prostej (lub krzywej)

mówi się, że jest

dopasowana

metodą najmniejszych kwadratów lub,

że jest prostą (lub krzywą) regresji zmiennych y i x.

26

Wykorzystanie otrzymanych wykresów

•

celem

graficznego

zobrazowania

danych

pomiarowych w chemii fizycznej jest znalezienie

wartości stałych fizykochemicznych, będących

często parametrami, lub wynikających z wartości

parametrów

a

lub

b

w

równaniu prostej

y = ax + b

•

parametry

a

i

b

można wyznaczyć

metodą

analityczną

(np.

stosując układy dwóch równań z

dwiema niewiadomymi dla kolejnych

punktów

doświadczalnych o współrzędnych (x

i

, y

i

)) lub

metodą graficzną

•

wartość

a

,

będąca

współczynnikiem kierunkowym

prostej

, jest interpretowana jako tangens

kąta

nachylenia prostej do osi

odciętych

•

wartość parametru

b

równa jest wartości

y

, gdy

x = 0

.

27

Graficzne wyznaczanie parametrów a i b równania
prostej y = ax + b.











tg

x

x

y

y

a

1

2

1

2



y1

y2

x1

x2

y

x



b

Do wzoru na współczynnik a
należy

wstawić

wartości

współrzędnych odczytane z osi
liczbowych wykresu

28

•

wykres

funkcji

liniowej

jest

wykorzystywany

do

wyznaczenia

stałych fizykochemicznych m. in. w

ćwiczeniu 3–1

•

celem tego

ćwiczenia jest

wyznaczenie izotermy

podziału kwasu octowego w układzie dwóch

niemieszających się cieczy

,

opisanej

ogólnym

równaniem liniowym

w

2

1

2

1

c

k

K

2

k

k







•

sporządzając wykres zależności

y = f(x)

– w tym

przypadku

k = f(c

w

),

znajdujemy

wartość granicznego

stężeniowego współczynnika podziału

k

1

= k

dla

c

w

= 0

,

a

następnie znając wartość

k

1

i

współczynnika

kierunkowego a, obliczamy

stałą dimeryzacji

K

2

.

w którym:

y = k x = c

w

b = k

1

a = 2K

2

·

k

1

2

8

29

Metoda linearyzacji:

•

Stosuje

się wówczas

metodę linearyzacji, czyli

przekształcenia równania nieliniowego do postaci
liniowej

poprzez

odpowiednią

transformację

zmiennych lub

parametrów i dalsza interpretacja

uzyskanej

zależności jako liniowej – wiąże się to ze

sporządzeniem

wykresu

w

nowym

układzie

współrzędnych, takim, w którym punkty pomiarowe

zostaną opisane równaniem prostej.

•

Zależności pomiędzy wielkościami fizykochemicznymi

często nie mają charakteru liniowego i są wówczas
opisywane

za

pomocą

równań

nieliniowych

(potęgowych,

wykładniczych,

wielomianowych,

logarytmicznych). Stosowanie regresji nieliniowych i
interpretacja uzyskanych krzywych

są trudne i

skomplikowane.

30

Metoda linearyzacji

jest wykorzystywana m. in.

do znalezienia

równania matematycznego opisującego zjawisko

adsorpcji (

ćwiczenie 4–1

):



równanie izotermy adsorpcji Freundlicha

,

opisującej

zjawisko adsorpcji kwasu octowego na

węglu aktywowanym

ma

postać wykładniczą:

c

k

=

a

n
r



gdzie: a

– adsorpcja rzeczywista, c

r

– stężenie końcowe adsorbatu w

roztworze w stanie

równowagi, k, n – współczynniki zależne od

rodzaju adsorbenta i adsorbatu.

r

c

log

n

+

k

log

=

a

log

daje

równanie prostej

y = b + ax

gdzie:

y = log a x = logc

r

b = logk a = n



transformacja logarytmiczna do postaci liniowej

31



sporządza się wykres zależności

loga = f (log c

r

)

,

dla co

najmniej 5

pomiarów wartości adsorpcji dla różnych stężeń

adsorbatu



punkt

przecięcia prostej z osią rzędnych odpowiada wartości

logk, natomiast tanges

kąta nachylenia prostej do osi odciętych

– wartości współczynnika n.

log a = log k + n log c

r

y = b + a x



lg k

4

2

-4

-2

2

4

-2

y = loga

x = logc

r



tg = n

32



metoda

lineryzacji

znalazła

analogiczne

zastosowanie w

ćwiczeniu 6–1

do wyznaczenia

stałej szybkości reakcji I rzędu i

ćwiczeniu 1-1

do

wyznaczenia

ciepła

rozpuszczania

kwasu

benzoesowego w wodzie



równania matematyczne, uzyskane na podstawie
wykresów służą do ilościowej interpretacji zjawisk
fizykochemicznych lub

procesów.

9

33

Ćw. 6 - 1 Wyznaczanie stałej szybkości reakcji I rzędu –

reakcja hydrolizy sacharozy w środowisku kwaśnym

Po przekształceniu do postaci liniowej:

Stąd:

k = - a

y = -0,0267x + 3,2044

R² = 0,9933

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0

10

20

30

40

50

60

70

t [min]

ln (



t

-





)

k - stała szybkości reakcji,
t – czas ,



– kąt skręcenia

płaszczyzny światła
spolaryzowanego

34

Ćw. 1 – 1 Wyznaczanie ciepła rozpuszczania kwasu
benzoesowego w wodzie

y = -2314,6x + 6,899

R² = 0,9969

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,00313

0,00318

0,00323

0,00328

0,00333

0,00338

0,00343

ln K

1/T

D

H

0

– standardowe molowe ciepło

rozpuszczania,
K – rozpuszczalność,
T – temperatura,
R – stała gazowa

35

Inne zastosowanie

wykresów:



do

celów analitycznych jako

wykresy wzorcowe

y = f(x)

(proste lub krzywe wzorcowe)



wykres wzorcowy jest wykresem

przedstawiającym zależność

wielkości mierzonej

y

w danej metodzie od

stężenia

oznaczanego

składnika

c = x

(lub od prostej funkcji

stężenia,

np. jego

odwrotności lub logarytmu)



jest

sporządzany na podstawie analizy próbek (lub roztworów)

wzorcowych (o znanej

zawartości substancji oznaczanej)



umożliwia oznaczenie nieznanego stężenia danego składnika
w

próbkach o podobnym składzie, co próbki wzorcowe



po oznaczeniu

wielkości mierzonej w tych samych warunkach

pomiarowych i z

użyciem tego samego aparatu, co dla próbek

wzorcowych, z wykresu odczytuje

się nieznane wcześniej

stężenie



nieznane

stężenie badanego roztworu można również obliczyć

wstawiając wartość wielkości mierzonej do równania funkcji
znalezionego

metodą regresji.

36

Przykład:

•

wykonuje

się pomiary absorbancji A dla serii roztworów

wzorcowych monosalicylanu

żelaza (III) o znanych stężeniach c

•

następnie sporządza się wykres wzorcowy zależności A = f(c)

•

po zmierzeniu absorbancji roztworu o nieznanym

stężeniu,

korzystając z wykresu wzorcowego, odczytuje się jego stężenie.

Stężenie substancji w roztworze
można

również

znaleźć

korzystając

z

równania

matematycznego

opisującego

daną zależność

10

37

Analogiczne zastosowanie analityczne

znalazły wykresy w

ćwiczeniach:

•

2

–2a

– zależność współczynnika lepkości roztworów

gliceryny od

stężenia,

•

2

–3

– zależność współczynnika załamania światła od

zawartości alkoholu etylowego.

38

TABELA 1. Jednostki podstawowe układu SI

Wielkość

Nazwa i symbol

jednostki

Definicja

Długość

metr [m]

Metr jest to długość równa 1 650 763,73 długości fali w
promieniowania odpowiadającego przejściu między poziomami 2p

10

a

5d

5

atomu

86

Kr (kryptonu 86)

Masa

kilogram [kg]

Wzorzec

Czas

sekunda [s]

Sekunda jest to czas równy 992 631 770 okresów promieniowania
odpowiadającego przejściu między dwoma nadsubtelnymi poziomami
stanu podstawowego atomu

133

Cs (cezu 133)

Prąd
elektryczny
(natężenie
prądu
elektrycznego)

amper [A]

Amper jest to taki prąd stały, który płynąc przez dwa równolegle
przewody prostoliniowe o nieskończonej długości i znikomo małym
kołowym przekroju poprzecznym, umieszczone w próżni w odległości
jednego metra jeden od drugiego, wywoła między tymi przewodami siłę
2 · 10

–7

niutona na każdy metr długości.

Temperatura

kelwin [K]

Kelwin jest to 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu
potrójnego wody.

Liczność
materii

mol [mol]

Mol jest to ilość substancji składająca się z tylu elementów materii, ile
jest atomów w 0,012 kg węgla

12

C.

Światłość

kandela [cd]

Kandela jest to światłość jaką ma w kierunku prostopadłym pole
substancji doskonale czarnej o powierzchni 1/600 000 m

2

w

temperaturze krzepnięcia platyny pod ciśnieniem 101 325 Pa.

39

TABELA 2. Jednostki pochodne

układu SI

Wielkość

Nazwa i
symbol
jednostki

Relacja między
podstawowymi
jednostkami
układu SI

Relacje
między
innymi
jednostkami
pochodnymi
układu SI

Masa molowa

[M]

kg/mol

Stężenie molowe

[c]

mol/m

3

Objętość molowa

[V]

m

3

/mol

Molalność

[m]

mol/kg

Siła

niuton [N] kg ·m/s

2

Ciśnienie

paskal
[Pa]

kg/(m

·

s

2

)

N/m

2

Energia, praca, ciepło

dżul [J]

kg

· m

2

/s

2

N

·

m

Moc, strumień energii

wat [W]

kg

·

m

2

/s

3

J/s

Ładunek elektryczny

kulomb
[C]

A

· s

Potencjał i napięcie
elektryczne

wolt [V]

kg

·m

2

/(A

· s

3

)

W/A

Opór elektryczny

om [

Ω]

kg

·

m

2

/(A

2

·s

3

)

V/A

Przewodność
elektryczna

simens
[S]

A

2

·

s

3

/(kg

· m

2

)

A/V

Napięcie
powierzchniowe

kg/s

2

N/m

Lepkość dynamiczna

kg/(m

·

s)

Pa

·

s

40

TABELA 3. Przeliczanie jednostek energii

Jednostka

J

kaloria

Dżul [J]

1

2,39 ·10

–1

Kaloria [cal] 4,19

1

TABELA 4.

Dziesiętne wielokrotności i

podwielokrotności jednostek miar

Przedrostek Oznaczenie

Mnożnik

Przedrostek Oznaczenie

Mnożnik

mega
kilo
hekto

deka

M
k
h
da

10

6

10

3

10

2

10

1

decy

centy
mili
mikro
nano

piko

d
c
m

μ

n
p

10

–1

10

–2

10

–3

10

–6

10

–9

10

–12

11

41

TABELA 5.

Stałe fizykochemiczne

Liczba Avogadra

N

A

= 6,0220943 ·10

23

mol

–1

Stała Boltzmanna

k = 1,35805 [J/K ]

Uniwersalna stała gazowa

R = 8,31433 ± 0,00044
[J/(K·mol)]

Prędkość światła w próżni

c = 2,99792 ·10

8

[m/s] ≈ 3 ·10

8

[m/s]

Stała Plancka

h = 6,6256 ·10

–34

[J·s]

Stała Faradaya

F = 96486 ± 0,31 [C/mol] ≈ 96
500 [C/mol]

Ładunek elektronu

e = 1,6021733 · 10

–19

[C]

Stała dielektryczna próżni



= 8,85418782 ·10

–12

[C

2

/(J·

m)]

Przyspieszenie ziemskie

g = 9,806 [m/s

2

]

Objętość molowa gazu
doskonałego w war. normalnych
(101 325 Pa, 273,15 K)

22,41383 ·10

–3

[m

3

/mol] (22,4

dm

3

/mol)

Objętość molowa gazu
doskonałego w war.
standardowych (101 325 Pa, 298

24,4· 10

–3

[m

3

/mol] (24,4

dm

3

/mol)

42

Przykład 1. Wyraź 15 dm w: a) metrach, b)
centymetrach i c) milimetrach.

Wykorzystujemy współczynniki przeliczeniowe (w). W związku z
tym, że

b)

1 dm = 10

–1

m, 1 cm = 10

–2

m , 1 dm = 10 cm

w = 10

1

cm/dm ,

15 dm = 15 dm · 10

1

cm/ dm = 150 cm

Rozwiązanie:

a)

1 dm = 10

–1

m, współczynnik przeliczeniowy

w

= 10

–1

m/dm

,

stąd: 15 dm·10

–1

m/dm = 1,5 m

c)

1 dm = 10

–1

m, 1 mm = 10

–3

m,

w = 10

2

mm/dm

15 dm = 15 dm · 10

2

mm/dm = 1500 mm

43

Przykład

2.

Długość

promieniowania

absorbowanego przez

roztwór wynosi 300 nm.

Wyraź ją w: a) m, b) pm.

Przedrostek nano (n) wiąże się z mnożnikiem jednostki miary
wynoszącym 10

–9

m.

W związku z tym:

b)

3·10

–7

m · 10

12

pm/m = 3 ·10

5

pm.

a)

300 nm ·10

–9

m/nm = 3·10

–7

m,

Rozwiązanie:

44

Przykład 3. Wyraź objętość: a) 30 dm

3

w m

3

, b)

1500 cm

3

w m

3

i dm

3

, c) 2000 mm

3

w cm

3

i dm

3

.

Rozwiązanie:

c)

1 mm

3

= 10

–3

cm

3

,

2000 mm

3

·10

–3

cm

3

/mm

3

= 2 cm

3

1 mm

3

= (10

–2

dm)

3

= 10

–6

dm

3

,

2000 mm

3

·10

–6

dm

3

/mm

3

= 2·10

–3

dm

3

a)

1 dm

3

= 10

–3

m

3

30 dm

3

·10

–3

m

3

/dm

3

= 3,0·10

–2

m

3

b)

1 cm

3

= 10

–6

m

3

1500 cm

3

·10

–6

m

3

/cm

3

= 1,5·10

–3

m

3

1 cm

3

= (10

–1

dm)

3

= 10

–3

dm

3

1500 cm

3

·10

–3

dm

3

/cm

3

= 1,5·10

–1

dm

3

12

45

Przykład 4. Średnica pewnej cząstki elementarnej o
kształcie w przybliżeniu kulistym wynosi 2,20 nm. Oblicz:
a) jej

powierzchnię w nm

2

i m

2

oraz b)

objętość w nm

3

i m

3

.

Rozwiązanie:

gdzie r – promień kuli
2r = 2,20, r = 1,10 nm = 1,10·10

–9

m

S = 4 · 3,14 (1,10 nm)

2

= 13,82 nm

2

1 nm

2

= (10

–9

m)

2

= 10

–18

m

2

S = 13,82 nm

2

·10

–18

m

2

/nm

2

= 1,382·10

–17

m

2

2

r

4

S









Wstawiając dane otrzymujemy:
V = 4/3 · 3,14 (1,10 nm)

3

= 5,57 nm

3

1 nm

3

= (10

–9

m)

3

= 10

–27

m

3

V = 5,57 nm

3

·10

–27

m

3

/nm

3

= 5,57·10

–27

m

3

3

r

3

4

V









b)

Objętość kuli V wyraża wzór:

a)

Powierzchnię kuli S wyraża wzór:

46

Przykład 5. Objętość molowa gazu doskonałego w
warunkach normalnych (pod

ciśnieniem 101 325 Pa i

w temperaturze 273,15 K) wynosi 0,02241 m

3

/mol. Ile

wynosi w dm

3

/mol?

1 m

3

= (10 dm)

3

= 10

3

dm

3

0,02241 m

3

/mol·10

3

dm

3

/m

3

= 22,41 dm

3

/mol

Rozwiązanie:

47

Przykład 6. Wyraź: a) 780 g w kilogramach i tonach, b)
500 mg w gramach i kilogramach, c) 25 kg w gramach
i miligramach.

Rozwiązanie:

c)

1 g = 10

–3

kg, 1 kg = 10

3

g

25 kg · 10

3

g/kg = 25·10

3

g = 2,5·10

4

g

1 mg = 10

–6

kg, 1 kg = 10

6

mg

a)

1 g = 10

–3

kg, 780 g·10

–3

kg/g = 0,780 kg

1 tona = 10

3

kg = 10

3

kg·10

3

g/kg =10

6

g

1 g = 10

–6

t

780 g·10

–6

t/g = 7,80·10

–4

t

b)

1 mg = 10

–6

kg

500 mg·10

–6

kg/mg = 5·10

–4

kg

48

Przykład 7. Oblicz gęstość benzenu w kg/m

3

,

jeżeli 200

cm

3

tego rozpuszczalnika

waży 174,74 g.

Rozwiązanie:

d

benzenu

= 174,74 g / 200 cm

3

= 0,8737 g/cm

3

1g = 10

–3

kg, 1 cm

3

= 10

–6

m

3

0,8737 g/cm

3

= (0,8737 g·10

–3

kg /g): (1 cm

3

·10

–6

m

3

/cm

3

) =

0,8737·10

–3

·10

6

kg/m

3

= 873,7 kg/m

3

V

m

d



Korzystamy ze wzoru na gęstość:

13

49

Przykład 8. 0,1 mola HCl waży 3,65 g. Oblicz masę
molową HCl w kg/mol.

Wstawiamy dane do przekształconego wzoru:
M = m / n = 3,65 g : 0,1 mola = 36,5 g/mol
1 g = 10

–3

kg

M = 36,5 g/mol·10

–3

kg/g = 36,5·10

–3

kg/mol

Rozwiązanie:

Liczba moli

n

określona jest wzorem:

n = m/M

50

Przykład 9. W 100 cm

3

alkoholu etylowego o

gęstości d = 0,7851 g/cm

3

rozpuszczono 1,54 g

jodu. Oblicz c

p

roztworu.

Rozwiązanie:

Obliczamy masę alkoholu etylowego m

r

:

m

r

= d · V = 100 cm

3

· 0,7851 g/cm

3

= 78,51 g

Masa roztworu m

R

= 78,41 + 1,54 = 80,05 g

c

p

= (1,54 g : 80,05 g)·100 % = 1,9 %

100%

R

m

s

m

p

c





r

s

R

m

m

m





m

s

– masa substancji, m

r

- masa rozpuszczalnika, m

R

- masa roztworu

51

Przykład 10. Wyraź w molach/m

3

następujące stężenia

roztworów: a) 0,05 mol/dm

3

, b) 5 mmoli/cm

3

.

Rozwiązanie:

b)

1 mmol = 10

–3

mola

1 cm

3

= 10

–6

m

3

(5 mmoli·10

–3

mola/mmol): (1 cm

3

·10

–6

m

3

/cm

3

)

= 5·10

–3

·10

6

mol/m

3

= 5·10

3

mol/m

3

R

s

m

V

n

c



a)

1 dm

3

= 10

–3

m

3

0,05 mol/dm

3

= 0,05 mol : (1dm

3

·10

–3

m

3

/dm

3

) =

0,05·10

3

mol/dm

3

= 50 moli/dm

3

52

Przykład 11. Na zmiareczkowanie 20 cm

3

roztworu NaOH

zużyto 25 cm

3

0,2 molowego roztworu H

2

SO

4

. Oblicz miano

roztworu NaOH. Masa molowa NaOH wynosi 40 g/mol.

otrzymujemy:

T = (0,5 mol/dm

3

·40 g/mol ) : 1000 cm

3

/ dm

3

= 0,02 g/cm

3

1

2

4

2



SO

H

NaOH

n

n

1

2

4

2







SO

H

m

NaOH

m

)

v

c

(

)

v

c

(

1000

s

m

M

c

T





Rozwiązanie:

2 NaOH + H

2

SO

4

 Na

2

SO

4

+ H

2

O

W związku z tym, że n = C

m

· v

Obliczamy c

m

NaOH wstawiając dane do przekształconego wzoru:

c

m

NaOH = (2·0,2·0,025) : 0,020 = 0,5 mol/dm

3

Stosując wzór na miano roztworu

Z równania reakcji:

wynika, że stosunek liczby moli

14

53



Siłę

definiuje

się jako iloczyn masy i przyspieszenia.

Jednostką siły jest

niuton N

.

1 niuton jest to

siła, która masie 1 kg nadaje

przyspieszenie 1 m/s

2

:

1 N = 1

kg·1 m/s

2

= 1

kg·m/s

2



Ciśnienie

definiuje

się jako iloraz siły działającej

prostopadle i

równomiernie na daną powierzchnię przez

pole tej powierzchni. Jednostka

ciśnienia –

paskal

należy

do jednostek pochodnych

układu SI. Liczbowo 1 paskal

równy jest sile jednego niutona działającej prostopadle na

płaską powierzchnię 1 m

2

.

1 Pa = 1 N/m

2

= 1 kg/(m·s

2

)

54

1 kilopaskal = 1kPa = 1000 Pa = 10

3

Pa,

1 megapaskal = 1 MPa = 10

6

Pa.

•

atmosfera fizyczna, atm

– 1 atm równa jest ciśnieniu słupa

rtęci o wysokości 76 cm, gęstości 13,5951 g/cm

3

(w

temperaturze

273

K)

pod

działaniem normalnego

przyspieszenia ziemskiego,

•

milimetr

słupa rtęci, mm

Hg

, tor Tr

– 1 mm

Hg

= 1Tr = 1/760

atm, 1 atm = 760 mm

Hg

.

Ciśnieniu 101 325 Pa odpowiada 760 mm

Hg

czyli 1 atm.

Jednostkami

ciśnienia nie należącymi do układu SI, a dość

często stosowanymi są:

Jednostką wielokrotną jest

1 hektopaskal = 1 hPa = 10

2

Pa

.

Jednostkami wielokrotnymi

paskala

najczęściej stosowanymi są:

55

Przykład 12. Ciśnienie atmosferyczne w warunkach
standardowych wynosi 101 325 Pa.

Wyraź tę wartość

w hPa.

Rozwiązanie:

1 hPa = 10

2

Pa 1 Pa = 10

–2

hPa

101325 Pa · 10

–2

hPa/Pa = 1013,25 hPa

Przykład 13. Wyraź ciśnienie 10 atmosfer w MPa.

1 MPa = 10

6

Pa, 1 Pa = 10

–6

MPa

10 atm = 10 atm·101 325 Pa/atm = 1 013 250 Pa
1 013 250 Pa·10

–6

MPa/Pa = 1,013250 MPa

Rozwiązanie:

56

1 watogodzina = 1

W·h = 3600 W·s = 3600 J.



Jednostką

pracy

,

energii

oraz

ilości ciepła

jest

dżul

(

J

). 1

dżul jest pracą wykonaną przez siłę

równą 1 niutonowi na drodze 1 metra w kierunku
działania siły:

1 dżul = 1 J = 1 N·1 m = 1 N·m = 1 Pa·m

3

=

1 watosekunda = 1 W·s = 1 kg·m

2

/s

2

Jednostkami wielokrotnymi są:

1 kilodżul = 1kJ = 10

3

J

oraz nie należąca do układu SI jednostka:

15

57

• Kaloria piętnastostopniowa

jest

ilością energii

dostarczanej na

sposób ciepła potrzebną do

ogrzania 1 g wody od 14,5 do 15,5

o

C pod

ciśnieniem 101 325 Pa.

1 cal15 = 4,1855 J.

• Kaloria międzynarodowa

: 1 cal

int

= 4,1868 J

• Kaloria termochemiczna

– cal stosowana w

termochemii i termodynamice chemicznej:

1 cal = 4,1840 J.

Jednostką wielokrotną jest kilokaloria kcal:

1 kcal = 1000 cal = 4184,0 J = 4,1840 kJ.

Jednostką ilości energii nie należącą do układu SI, ale

znajdującą szerokie zastosowanie jest

kaloria

– cal,

stosowana w kilku odmianach.

58

Ciepło parowania wody w cal/mol wynosi:
0,5383 cal/g·18 g/mol = 9,6894 cal/mol

1 cal = 4,1868 J

9,6894 cal/mol·4,1868 J/cal = 40,5675 J/mol

1 J = 10

–3

kJ

40,5675 J/mol·10

–3

kJ/J = 0,0405675 kJ/mol

Przykład 14. Ciepło parowania wody w
temperaturze 373,15 K wynosi 0,5383 cal/g.
Wyraź tę wartość w dżulach i kilodżulach na
mol. Masa molowa wody 18 g/mol.

Rozwiązanie:

59

 Temperatura

jest

wielkością skalarną określoną w

każdym punkcie ciała lub układu, której średnia wartość
jest

miarą energii wewnętrznej całego ciała lub układu.

•

W przypadku

skali Celsjusza

– skali stustopniowej jako

ciecz

termometryczną zastosowano rtęć, której

rozszerzalność zmienia się wraz z temperaturą.

Obecnie w powszechnym

użyciu są trzy

skale

temperatury

: Celsjusza, Fahrenheita

(głównie poza

Europą – USA, Kanada) i Kelvina.

Jednostka temperatury

wiąże się ściśle ze sposobem

ustalenia

skali

temperatury

w

odniesieniu

do

temperatury odpowiednich

wzorców.

Jako punkty skrajne w tej skali

przyjęto temperaturę

krzepnięcia i wrzenia czystej wody (0

o

C i 100

o

C

odpowiednio).

Stopień Celsjusza 1

o

C stanowi

jedną

setną wymienionego przedziału temperatury.

60

W wyniku ekstrapolacji

objętości lub ciśnienia gazu

doskonałego do wartości zerowej, otrzymano punkt
zerowy skali

bezwzględnej, tzw.

zero

bezwzględne

(absolutne),

powiązane z temperaturą w skali Celsjusza

zależnością:

• Skala bezwzględna temperatury

, zwana

skalą

Kelvina

, oparta

została na rozważaniach nad

rozszerzalnością gazu doskonałego.

T (K) = t (

o

C) + 273,15

16

61

•

Ze

skalą

Kelvina

związana

jest

bezpośrednio

termodynamiczna skala temperatur

oparta na temperaturze

tzw. punktu

potrójnego czystej wody (punktu współistnienia

obok siebie w stanie

równowagi: wody ciekłej, jej pary

nasyconej i lodu; parametry tego punktu: temperatura T =
273,16 K, czemu odpowiada 0,01

o

C i

ciśnienie p = 610,5 Pa).

Jednostką podstawową temperatury w układzie SI jest

kelwin

K

, definiowany jako jednostka temperatury termodynamicznej:

Wartość stopnia w skali Celsjusza i w skali Kelvina jest jednakowa:
1

o

C = 1 K, a temperatura zera

bezwzględnego (absolutnego) jest

przesunięta w stosunku do zera w skali Celsjusza o 273,15

o

C,

czyli 0 K odpowiada

– 273,15

o

C lub 0

o

C odpowiada 273,15 K.

1 K = 1/273,16

części temperatury termodynamicznej

punktu

potrójnego wody

.

62

Przykład 15. Wyraź temperaturę: a) 20 K, b) 25 K, c)
200 K w skali Celsjusza.

T (K) = t (

o

C) + 273,15

W naszym zadaniu: T = –183 + 273,15 = 90,15 K

Przykład 16. Temperatura wrzenia tlenu pod
ciśnieniem standardowym wynosi –183

o

C. Ile

wynosi w skali

bezwzględnej?

Rozwiązanie:

Korzystamy ze wzoru:

T (K) = t (

o

C) + 273,15

a)

20 K odpowiada t = 20 – 273,15 = –253,15

o

C

b)

25 K odpowiada t = 25 – 273,15 = –248,15

o

C

c)

200 K odpowiada t = 200 – 273,15 = –73,15

o

C

Rozwiązanie:

63



Do jednostek podstawowych

układu SI należy jednostka

natężenia prądu elektrycznego

–

amper

(

A

).

Jednostkami podwielokrotnymi

są:

1 mA = 10

–3

A,

1

µA = 10

–6

A.

t

Q

I



 











s

C

A

Q = I

.

t



Jednostką pochodną jest

kulomb C

– jednostka

ładunku elektrycznego.

Jednostką wielokrotną jest amperogodzina A · h :

1 A · h = 3600 A·s = 3600 C.

1 kulomb

jest to

ładunek elektryczny przepływający

przez

powierzchnię w czasie 1 sekundy, gdy natężenie

prądu płynącego przez tę powierzchnię wynosi 1 A:

1 kulomb = 1 C = 1

A·s (amperosekunda)

.

64

Z definicji stałej Faradaya wynika, że 1 molowi elektronów odpowiada

ładunek 96 486 C. Z kolei liczba Avogadra, czyli liczba cząstek w
jednym molu wynosi 6,022·10

23

. Oznaczając ładunek pojedynczego

elektronu jako q

e

obliczamy dalej:

Przykład 18. Elektrolizę prowadzono prądem o natężeniu
0,1 A w

ciągu 0,5 godziny. Oblicz jaki ładunek płynął w

ciągu 1 sekundy.

Przykład 17. Oblicz ile wynosi ładunek elektryczny
1 elektronu.

Rozwiązanie:

Q = I

.

t =0,1 A·0,5 h·3600 s/h = 180 C

Rozwiązanie:

q

e

= 96 486 C/mol : (6,022·10

23

) elektronów /mol =

1,6022·10

–19

C/ elektron.

17

65



Jednostką

potencjału

elektrycznego

,

napięcia

elektrycznego U

i

siły elektromotorycznej

E

SEM

jest

wolt V

.



Jednostką

oporu elektrycznego

jest

om

:

1 om = 1 = 1V/1A = 1 kg

· m

2

/(s

3

· A

2

)

Jednostkami podwielokrotnymi są:

1 milisimens = 1 mS = 10

–3

S,

1 mikrosimens = 1 µS = 10

–6

S.



Odwrotnością

oporu

elektrycznego

R

jest

przewodnictwo

elektryczne



(

przewodność

elektryczna

).

Jednostką tej wielkości jest

simens S

:

Wymiarem wolta jest:
1 wolt = 1 V = 1 W/1A = 1 kg·m

2

/(s

3

·A).

Jednostką podwielokrotną jest miliwolt: 1 mV = 10

–3

V.

1 simens = 1 S = 1/



= 1 s

3

· A

2

/( kg·m

2

).

66

b)

1 µS = 10

–6

S

150 µS · 10

–6

S/µS = 1,5·10

–4

S

R = 1 / (1,5 · 10

–4

S) = 0,66·10

4



= 6,6·10

3



R = 6,6 · 10

3

·10

–3

k



= 6,6 k



.

Przykład 19. Zmierzone przewodnictwo roztworu

wynosiło: a) 10 mS, b) 150 µS. Wyraź te wartości w
jednostce SI i oblicz

opór tego roztworu w omach i

kiloomach.

Rozwiązanie:

a)

1 mS = 10

–3

S

10 mS·10

–3

S/mS = 10

–2

S

W związku z tym, że R = 1/



, obliczamy

R = 1/10

–2

S = 10

2



i dalej R = 10

2

·10

–3

k



= 10

–1

k



67

• Lepkość dynamiczna

– definiuje się ją jako siły tarcia

występujące w cieczach podczas przesuwania się
jednych warstw cieczy

względem drugich.

Jednostką

lepkości

dynamicznej

jest

Pa

.

s

(

paskalosekunda

).

Jest liczbowo

równa sile przypadającej na jednostkę

powierzchni, potrzebnej do utrzymania jednostkowej

różnicy prędkości między warstwami cieczy odległymi od
siebie o

jednostkę długości.