do druku

Temat: Pomiar współczynnika napięcia powierzchniowego metodą stalagmometryczna.

1. Napięcie powierzchniowe:

Jest to siła wypadkowa, która działa na cząstkę znajdującą się na powierzchni cieczy i jest zwrócona do wnętrza cieczy; nazwa ta dotyczy zjawiska oraz wielkości fizycznej charakteryzującej ciecz; napięcie powierzchniowe jest równe sile przypadającej na jednostkę obwodu cieczy; występuje na powierzchni swobodnej cieczy lub na pograniczu dwu nie mieszających się cieczy.

2. Menisk:

Zjawisko występujące w miejscach zetknięcia ciała stałego i cieczy; w miejscu tym powierzchnia swobodna cieczy ulega zakrzywieniu, tworząc menisk wklęsły, (gdy ciecz zwilża ściankę naczynia) lub wypukły w sytuacji odwrotnej (rtęć w naczyniu ze złota tworzy menisk wklęsły, natomiast w szklanym naczyniu menisk wypukły).

3. Włoskowatość – inaczej kapilarność.

Jest to zdolność do zwilżania lub nie zwilżania ciał stałych przez ciecze. Polega na wznoszeniu się do różnej wysokości w naczyniach i rurkach cieczy znajdującej się w równowadze. Zjawisku temu zawdzięczamy wznoszenie się soków w roślinach czy też wody w glebie.

4. Współczynnik napięcia powierzchniowego:

Stosunek siły napięcia powierzchniowego do długości brzegu powierzchni swobodnej cieczy. Można go również definiować jako stosunek pracy jaką należy wykonać, aby zwiększyć powierzchnię swobodną cieczy do przyrostu tej powierzchni. Możemy go zapisać w jednej z dwóch postaci:

lub W układzie SI napięcie powierzchniowe wyznaczamy w

Dla czystej wody w temperaturze pokojowej napięcie powierzchniowe wynosi 0,075 .

Dla większości innych cieczy napięcie powierzchniowe ma w podobnych warunkach mniejsze wartości.

5. Metody pomiaru napięcia powierzchniowego:

- tensfometryczna – umożliwia oznaczanie wartości napięcia powierzchniowego przez pomiar siły koniecznej od oderwania od powierzchni cieczy pierścienia wytworzonego z drutu platynowego. Wartość siły „F” powoduje oderwanie pierścienia od powierzchni cieczy.

- pęcherzykowa – pomiar ciśnienia niezbędnego do przerwania błonki powierzchni cieczy przez pęcherzyki powietrza

- statyczna – pomiar wysokości słupa cieczy „h” o promień, ciecz wznosi się po szkle w kierunku przeciwnym do wektora siły ciężkości

- stalagmometryczna – wyznaczanie liczby kropel wypływających z rurki kapilarnej stalagmometru

6. Zasada oznaczania współczynnika napięcia powierzchniowego metodą stalagmometryczną.

Metoda ta polega na wyznaczeniu liczby kropel wypływających z rurki kapilarnej stalagmometru. Narastająca kropla odrywa się w chwili, gdy ciężar jej przewyższa siły napięcia powierzchniowego działające wzdłuż linii zetknięcia się kropli z powierzchnią szkła w chwili, gdy następuje oderwanie się kropli. Jej ciężar wynosi:

Liczbę kropli wypływających ze stalagmometru obliczamy ze wzoru:

gdzie: V- objętość cieczy, d – gęstość cieczy, q – przyspieszenie ziemskie, W – ciężar jednej kropli.

7. Gęstość względna:

Jest to stosunek gęstości bezwzględnej badanego ciała do gęstości bezwzględnej ciała porównawczego.

8. Gęstość bezwzględna:

Jest to stosunek masy danego ciała do jego objętości. Wyrażamy ją wzorem:

gdzie: d – gęstość ciała, m – masa ciała, V – objetosc ciala.

9. Zasada oznaczania gęstości bezwzględnej metoda piknometryczna:

Zasada ta polega na dokładnym zważeniu cieczy o ściśle określonej objętości. W tym celu najpierw waży się na wadze analitycznej ( z dokładnością do 0,0002g) piknometr pusty (czysty i suchy), następnie napełniony wodą destylowaną i wreszcie napełniony badaną cieczą. Podstawiając do wzoru odpowiednie masy najpierw oblicza się objętość piknometru (tzw. Stała piknometru):

gdzie: m1 – masa piknometru pustego, m2 – masa piknometru z wodą,

d – gęstość wody w temperaturze pomiaru.

Następnie wyznacza się gęstość cieczy w temperaturze pomiaru korzystając z zależności:

gdzie: d – gęstość badanej cieczy, m2 – masa piknometru z badana cieczą, m1 – masa piknometru pustego, V – objętość piknometru.

Ćwiczenie 4 Spektometria w podczerwieni.

Spektroskopia IR - rodzaj spektroskopii, w której stosuje się promieniowanie podczerwone. Najpowszechniej stosowaną techniką IR jest absorpcyjna spektroskopia IR, służąca do otrzymywania widm oscylacyjnych (choć w zakresie dalekiej podczerwieni obserwuje się także przejścia rotacyjne). Przy pomocy spektroskopii IR można ustalić jakie grupy funkcyjne obecne są w analizowanym związku. Spektroskopia w podczerwieni pozwala na analizę zarówno struktury cząsteczek jak i ich oddziaływania z otoczeniem. Jest to jedna z podstawowych metod stosowanych w badaniu wiązań wodorowych.

Promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu IR ma częstotliwość zbliżoną do częstotliwości drgań cząsteczek. Przechodząc przez próbkę badanej substancji promieniowanie to jest selektywnie pochłaniane, zwiększając amplitudę drgań w cząsteczkach (czy też kryształach) tej substancji. W analizie tych pasm dla układów wieloatomowych stosuje się pojęcie drgań normalnych, traktując każde pasmo jako wynik wzbudzenia jednego (tony podstawowe) lub kilku (tony kombinacyjne) drgania normalnego.

Absorpcji promieniowania podczerwonego towarzyszą zmiany energii oscylacyjnej cząsteczek. Ponieważ energia ta jest skwantowana, absorbowane jest tylko promieniowanie o pewnych określonych energiach, charakterystycznych dla grup funkcyjnych wykonujących drgania. Dzięki temu, wartości częstości drgań charakterystycznych mogą być ujęte w formie odpowiednich tabel, i absorpcyjne widmo IR umożliwia ustalenie jakie grupy funkcyjne występują w analizowanej próbce.

Widma IR są bardzo złożone i niezwykle rzadko zdarza się, aby dwa różne związki chemiczne miały w całym zakresie identyczne widma, co praktycznie umożliwia jednoznaczną ich identyfikację. Zastosowanie bazy danych z częstościami określonych pasm obecnych w danych związkach chemicznych pozwala na identyfikację związków chemicznych w badanej próbce.

Podczerwień (promieniowanie podczerwone) (ang. infrared, IR) – promieniowanie elektromagnetyczne o długości fal pomiędzy światłem widzialnym a falami radiowymi. Oznacza to zakres od 780 nm do 1 mm.

Spektroskopia odbiciowa - bada widma, które powstały w wyniku odbicia się promieniowania od powierzchni analizowanej substancji

Energia cząsteczek

Podstawowym założeniem teorii kwantów jest przyjęcie dyskretnych (nieciągłych) poziomów energetycznych atomów i cząsteczek, pomiędzy którymi zachodzą przejścia w wyniku absorpcji lub emisji kwantu.

Energię cząsteczki można z drobnym przybliżeniem przedstawić jako sumę energii związanej z konfiguracją elektronów (Eel), energii oscylacji jąder wokół położenia równowagi (Eosc) oraz energi rotacyjnej, wynikającej z obrotu cząsteczki wokół osi (Erot) ;

Emol = Eel + Eosc + Erot

Eel jest rzędu elektronowoltów (eV), Eosc- dziesiętnych części eV, Erot zaś- setnych części eV

Zakresy promieniowania podczerwieni;

* 0.7 – 5 µm – bliska podczerwień (NIR)

* 5 – 30 µm – średnia podczerwień (MIR)

* 30 – 1000 µm – daleka podczerwień (FAR)

Zastosowanie spektrometrii w podczerwieni

- zakres średni;

- zakres bliski

- zakres daleki

Drgania cząsteczkowe

a) normalne

- Drgania symetryczne rozciągające

- Drgania asymetryczne rozciągające

- Drgania nożycowe

- Drgania wahadłowe

- Drgania wachlarzowe

- Drgania skręcające

b) charakterystyczne - amplitudy wychyleń zrębów atomowych należącej do jednego ugrupowania (grupy funkcyjnej) są istotnie większe niż amplitudy wychyleń pozostałych zrębów. Innymi słowy, drganie pewnego ugrupowania znajdującego się w molekule ma decydujący wkład w drganie o tej charakterystycznej częstości. Jako dobry przykład służy drganie rozciągające grupy hydroksylowej. Jest to drganie o częstotliwości z zakresu 3500 do 4000 cm-1, w którym zręby atomowe tlenu i połączonego z nim bezpośrednio wodoru drgają z dużo większą amplitudą niż zręby pozostałych pierwiastków tworzących molekułę.

Spektrofotometr IR- M80 dwuwiązkowy- Spektrofotometr siatkowy posiada optykę i szerokie możliwości pomiarowe. Jest sterowany procesorem wewnętrznym. Posiada wbudowaną klawiaturę, wyświetlacz, ploter i drukarkę. Jest samodzielnym urządzeniem. Przy zamontowaniu interfejsu do PC można uzyskać pełne sterowanie aparatu z poziomu komputera, zbieranie i obróbkę danych przy użyciu najnowszych programów.

Elektroda to końcowy element niektórych układów lub urządzeń elektrycznych, przewodnik elektryczny wysyłający ładunek elektryczny lub przyjmujący go z otoczenia, albo kształtujący pole elektrostatyczne w swoim otoczeniu.

1. Budowa elektrody

2. Rodzaje elektrod
Istnieją trzy rodzaje elektrod. Pierwsze dwa rodzaje to anoda i katoda. Anoda to ta z elektrod, która przyjmuje ładunek ujemny lub wysyła dodatni, zaś katoda to elektroda wysyłająca ładunek ujemny lub przyjmująca dodatni. Ładunek elektryczny przepływający między anodą i katodą może przybierać formę wolnych elektronów lub jonów. Trzecim rodzajem są elektrody oddziałujące na przestrzeń swoim potencjałem - przykładem są tu siatki w lampie elektronowej, zwłaszcza siatka pierwsza. Czasami elektrody te przyjmują lub wysyłają nośniki prądu, jak np. siatka druga w tetrodzie, jednak są nadal nazywane siatkami, gdyż ich głównym celem jest oddziaływanie na rozkład pola elektrycznego. Niekiedy tego rodzaju elektrody noszą też inne nazwy, np. w lampie oscyloskopowej nazywane są płytkami odchylającymi.

3. Potencjał normalny

Inaczej potencjał elektrody, siła elektromotoryczna ogniwa zbudowana z danej elektrody i elektrody porównawczej; potencjał elektrody normalny (standardowy, E0), siła elektromotoryczna (zmierzona w temp. ) ogniwa zbudowane z elektrody, w której składniki określające potencjał występują w stanie podstawowym (np. aktywność jonów elektrolitu jest równa 1) i elektrody wodorowej normalnej, której potencjał przyjęto za równy zeru.

4. Ogniwo galwaniczne
Ogniwo, w którym źródłem prądu są reakcje chemiczne zachodzące między elektrodą, a elektrolitem. Dwie elektrody zanurzone w elektrolicie (półogniwa) tworzą ogniwo galwaniczne. Różnica potencjałów elektrod gdy przez ogniwo nie płynie prąd jest równa sile elektromotorycznej ogniwa (SEM).Przykłady ogniw galwanicznych:

Ogniwo Volty - płytki: cynkowa i miedziana, zanurzone w roztworze wodnym kwasu siarkowego (VI). Obwód zamknięty: - Zn | H2SO4 | Cu +. Należy do jednych z najstarszych ogniw galwanicznych. Siła elektromotorycznaogniwa wynosi około 1,1 V.

Na elektrodzie cynkowej zachodzi utlenianie jej materiału do kationów Zn2+, które przechodzą do roztworu, gdzie przeciwjonami dla nich są aniony siarczanowe SO42-, pochodzące z dysocjacji kwasu siarkowego Na elektrodzie miedzianej zachodzi reakcja redukcji jonów hydroniowych do gazowego wodoru(tu na dole)

Ogniwo Westona - ogniwo galwaniczne w którym elektrodę dodatnią stanowi rtęć, ujemną amalgamat kadmu, a elektrolitem jest roztwór nasycony siarczanu kadmu.

Nad rtęcią znajduje się siarczan rtęci Hg2SO4 utarty z siarczanem kadmu CdSO4 oraz z rtęcią, w postaci tzw. pasty. W obu rurkach znajdują się także kryształy CdSO4, a całość wypełniona jest wodnym roztworem siarczanu kadmowego. W temperaturze równej 293,15 K (20 °C) siła elektromotoryczna ogniwa Westona wynosi 1,0185-1,0187 V.

Ogniwo to jest zwykle konstruowane w kształcie litery "H" z przewężeniami w połowie dolnych ramion, które zapobiegają przemieszczaniu się chemikaliów podczas transportu ogniwa.

Z ogniw tych nie należy pobierać ani też przepuszczać przez nie prądu przez dłuższy czas onatężeniu przekraczającym 1 μA. Pobór prądu o natężeniu powyżej 100 μA eliminuje ogniwo jako wzorzec napięcia. Rezystancja wewnętrzna ogniwa nie przekracza zwykle 1 kΩ. Aby zapobiec przeciążeniom ogniwa, należy zapewnić, aby rezystancja obwodu, w którym jest włączane ogniwo, nie była mniejsza niż 9 kΩ.

Ogniwo Westona było stosowane jako wzorzec jednostki miary napięcia elektrycznego, gdyż jego napięcie jest bardzo bliskie 1 V.

przeciwogniwo Przeciwogniwo - rodzaj ogniwa chemicznego, którego zadaniem nie jest wytwarzanie prądu, a tylko powodowanie spadku napięcia przy przepływie prądu.Przeciwogniwa stosowano w układach zasilania dających stałe napięcie. Włączano je szeregowo ze źródłem prądu, które dawało napięcie wyższe, niż potrzebne do zasilania urządzenia. Kiedy napięcie źródła spadało, zwierano taką ilość przeciwogniw, aby uzyskać wymagane napięcie zasilania. Istotnymi parametrami przeciwogniwa były: dobra stabilność spadku napięcia, małe nagrzewanie się (np. przeciwogniwo przewidziane na prąd 100 A nagrzewało się przy takim prądzie o około 30 °C), oraz brak magazynowania energii elektrycznej (ze względu na zwieranie).

Budowa typowego przeciwogniwa: dwie elektrody (zwykle płyty niklowe, albo stalowe poniklowane) zanurzone w elektrolicie (zwykle roztworze wodorotlenku potasu); dla ochrony elektrolitu przed dwutlenkiem węgla zawartym w powietrzu (co powodowało wzrost oporności elektrolitu) na powierzchnię nalewano warstwę oleju mineralnego. Wykonywano również przeciwogniwa kwasowe, z płyt ołowianych zanurzonych w kwasie siarkowym, jednak takie przeciwogniwa zachowywały się jak akumulatory, dając przy zwieraniu duży prąd elektryczny i wydzielając dużo ciepła.

Przy przepływie prądu woda zawarta w elektrolicie rozkładała się na wodór i tlen - trzeba było ją uzupełniać. Spadek napięcia na takim przeciwogniwie wynosił 1,7-2,1 V (wartość SEM - przy maksymalnym obciążeniu spadek napięcia dochodził do 2,5 V).

Prawdopodobnie około 1960 roku zaprzestano stosowania przeciwogniw w nowych konstrukcjach.

5. Pomiar SEM ogniwa

Ogniwa stosowane w potencjometrii dają SEM do 1500mV. Mają jednak bardzo mała pojemność dlatego stosuje się do pomiaru SEM przyrządy kompensacyjne lub pehametry elektroniczne. Metoda kompensacyjna znajduje zastosowanie w przypadku dokładnego oznaczania ph lub szczególnie dokładnego wyznaczania krzywych miareczkowania. Wyróżniamy dwa rodzaje potencjometrów: - wychyleniowe - kompensacyjne

6. Zasada potencjometrycznego oznaczania stężenia

Oparta jest na zależności potencjału elekt. od aktywności jonów , względem których jest ona odwracalna. Nieznaną aktywność można obliczyć bezpośrednio ze wzoru Nernsta na potencjał elekt., jeśli oznaczamy wartość tego potencjału oraz znamy potencjał standardowy:

a) utworzyć ogniwo z elektrody wskaźnikowej i elektrody porównawczej

b) obydwie elektrody łączymy z potencjometrem i mierzymy siłę SEM

c) znając E oraz pot. elektrody porównawczej obliczamy pot. elektrody wskaźnikowej i następnie aktywność oznaczonych jonów – ze wzoru Nernsta.

Do ilościowego oznaczenia innych jonów np. słabych kwasów i zasad stosuje się miareczkowanie potencjometryczne.

7. Miareczkowanie potencjometryczne

Punkt równoważnikowy wyznacza się na podstawie zmian SEM odpowiedniego ogniwa. Jak zawsze ogniwo takie musi się składać z elektrody wskaźnikowej - której potencjał jest zależny od stężenia substancji miareczkowanej, natomiast drugiej porównawczej jest stały. Obie elektrody powinny być połączone kluczem elektrolitycznym albo być zanurzone w roztworze miareczkowym.

Miareczkowanie potencjometryczne stosuje się gdy niemożliwe jest użycie wskaźników barwnych lub kiedy trzeba bezpośrednio za pomocą pojedynczego miareczkowania oznaczyć dwie lub więcej substancji.

Oznaczenia: 1 - akumulator, 2 - biureta, 3 - elektroda porównawcza, 4 - elektroda wskaźnikowa, 5 - naczynie z badanym roztworem

Oznaczanie potencjometryczne polega na zanurzeniu w badanym roztworze dwóch elektrod (porównawczej i wskaźnikowej), których potencjał zależy jedynie od aktywności badanych jonów. Miareczkowanie potencjometryczne polega na rejestrowaniu zmian potencjału (SEM) elektrody wskaźnikowej spowodowanych dodaniem określonej objętości titranta z biurety, lub usuwaniem określonych jonów w trakcie miareczkowania. Na podstawie wykresu zależności SEM od objętości titranta określa się punkt końcowy miareczkowania (PK) i wyznacza poszukiwaną wartość np. stężenia.

8. Definicja pH

Parametr roztworu elektrolitu pochodny od stężenia jonów hydroniowych (H3O+) w roztworze. Jego ścisła definicja ulega ciągłym ewolucjom, w praktyce określamy pH jako logarytm dziesiętny z odwrotności wartości stężenia molowego jonów wodorowych (hydroniowych). 

Obliczamy pH wg wzoru:

pH = – lg[H+]

9. Pojęcie pojemnośći buforowej

Każdy bufor posiada swoją pojemność, zwaną pojemnością buforową β, która jest warunkowana stałą równowagi głównej reakcji buforowej, oraz stężeniem czynnika słabo dysocjującego. Na przykład jeśli do roztworu bufora złożonego ze słabego kwasu i jego soli, dodamy tyle silnej zasady, że spowoduje ona całkowitą dysocjację słabego kwasu, w reakcji to dalsze dodawanie tej zasady spowoduje już taką zmianę pH jaka by następowała bez obecności bufora. Pojemność buforowa zależy od ogólnego stężenia kwasu i jego soli. Maksymalna pojemność wzrasta wraz z ogólnym stężeniem i nie zależy od mocy kwasu.

Pojemność buforowa zdefiniowana jest jako:

gdzie:Δn - ilość moli dodanego mocnego kwasu lub zasady (w praktyce podaje się dla 1 dm³ bufora, (Δn/V)) ΔpH - zmiana pH wywołana dodaniem tej ilości kwasu lub zasady
Pojemność buforowa (jej wartość jest zależna od pH) określa więc wrażliwość określonej ilości roztworu na dodawanie mocnego kwasu lub zasady, np. zmiana pH o 0,01 w wyniku dodania 0,006 mola kwasu lub zasady oznacza β=0,6 mol.

ĆWICZENIE 6

TEMAT: Spektrofotometria w ultrafiolecie. Wpływ rozpuszczalnika na przebieg widm. Wyznaczania stężenia acetonu metodą krzywej wzorcowej.

Spektrofotometria - technika spektroskopowa polegająca na ilościowym pomiarze absorpcji, emisji lub odbicia światła. W technikach spektrofotometrycznych mierzy się, a także porównuje z wzorcem intensywność światła dla poszczególnych częstości (lub długości fali) widma spektroskopowego, natomiast w pozostałych technikach spektroskopowych pomiar intensywności światła na ogół ma drugorzędne znaczenie, a bardziej istotne jest występowanie i kształt sygnałów w widmach. Pomiary spektrofotometryczne można wykonywać w całym obszarze widma świetlnego. Przyjęło się jednak, że tym terminem określa się pomiary wykonywane w zakresie światła widzialnego oraz ultrafioletowego (ewentualnie bliskiej podczerwieni). Pomiary spektrofotometryczne wykonuje się za pomocą spektrofotometrów

Absorpcja (łac. absorbere – wchłaniać)-w chemii fizycznej – proces polegający na wnikaniu cząsteczek, atomów lub jonów do wnętrza innej substancji tworzącej dowolną fazę ciągłą (gazu, cieczy, ciała stałego itp.). Jest to proces dyfuzyjny zachodzący podczas bezprzeponowego zetknięcia cieczy z gazem zawierającym składnik, który chcemy z niego usunąć. Składnik gazowy pochłaniany przez ciecz nazywa się absorbatem, a ciecz używana do pochłaniania określonego składnika nazywa się absorbentem. W chemii mamy najczęściej do czynienia z absorpcją jednej substancji (absorbat) i przez (absorbent) znajdującą się w jednej fazie oraz z absorpcją promieniowania (elektromagnetycznego, korpuskularnego, fal akustycznych) przez różne substancje.

Stan podstawowy–w mechanice kwantowej stan układu charakteryzujący się najmniejszą energią.

Stan wzbudzony–w mechanice kwantowej jest to stan związany układu kwantowo- mechanicznego, mający większą energię niż stan podstawowy.

W fizyce atomowej stan wzbudzony jest pojęciem odnoszącym się do atomów lub cząsteczek.

W przypadku cząsteczek, wyróżniamy m.in. stany wzbudzone (wzbudzenia):

Promieniowanie monochromatyczne (mono – jeden, chroma – kolor)-określenie promieniowania elektromagnetycznego złożonego z dokładnie jednej częstotliwości (długości fali). W rzeczywistości tak dokładnego promieniowania uzyskać nie można (widmo nigdy nie będzie dokładnie jednym prążkiem).Określenie zwykle odnosi się do promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widzialnym i zbliżonym do widzialnego, jednak może opisywać każdą częstotliwość. Urządzeniem wytwarzającym promieniowanie monochromatyczne jest na przykład laser.

Promieniowanie polichromatyczne-promieniowanie, którego spektrum nie składa się tylko z jednej długości fali , jak w przypadku światła laserowego, a posiada szeroki zakres zawierający światło widzialne i część spektrum podczerwonego

Zakresy promieniowania ultrafioletowego:

Zarówno zakres całego ultrafioletu, jak i podziały na podzakresy mają charakter umowny. Do celów spektroskopii stosuje się podział na ultrafiolet:

Natomiast ze względu na skutki działania promieniowania ultrafioletowego na człowieka, wyróżnia się:

Transmitancja wskazuje, jaka część promieniowania padającego została przepuszczona przez substancję.

Widmo absorpcyjne – widmo, które powstaje podczas przechodzenia promieniowania elektromagnetycznego przez chłonny ośrodek absorbujący promieniowanie o określonych długościach. Można zarejestrować przy użyciu metod spektroskopii. Graficznie ma postać widma ciągłego z ciemnymi liniami (dla gazowych pierwiastków). Występowanie widma absorpcyjnego jest spowodowane pochłanianiem przez substancję fotonów tylko o określonych długościach fali – takich które mogą spowodować wzbudzenie atomu lub cząsteczki do stanu dopuszczanego przez prawa mechaniki kwantowej. Zmiany stanu wzbudzenia dotyczą zarówno elektronów jak i oscylacji i rotacji całych cząstek.

Ćwiczenie 3 Temat: Oznaczanie przewodności właściwej roztworów. Miareczkowanie konduktometryczne.

1. Elektrolity mocne:

Elektrolity mocne są w roztworach wodnych całkowicie zdysocjowane niezależnie od stężenia. Badania rentgenograficzne kryształów typowych elektrolitów mocnych dowiodły istnienia w sieciach krystalicznych jonów, a nie atomów bądź cząsteczek. Przewodnictwo właściwe mocnych elektrolitów np. KCl jest w przybliżeniu proporcjonalne do stężenia. Przy wyższych stężeniach wzrastają siły oddziaływań międzyjonowych, powodujące zmniejszenie ruchliwości jonów i obserwujemy wtedy spadek przewodnictwa.

Związki ulegające w roztworach wodnych całkowitej dysocjacji. Przewodnictwo ich rośnie początkowo ze wzrostem stężenia, a później maleje.

Przewodzenie prądu w elektrolitach związane jest z ruchem jonów o ładunkach dodatnich (kationów) i ujemnych (anionów), a więc z przenoszeniem masy.

2. Elektrolity słabe:

W elektrolitach słabych o granicznym rozcieńczeniu występuje pełna dysocjacja cząstek substancji na jony, a ich ruchliwość w danej temperaturze jest zależna od stężenia roztworu. W przypadku słabych elektrolitów znając stopień dysocjacji dla różnych stężeń danego roztworu można wyznaczyć stałą dysocjacji K. Przewodnictwo właściwe elektrolitów słabych wzrasta wolniej niż stężenie roztworu. Ruchliwość jonów jest stała, niezależna od stężenia.

Związki, które w roztworze wodnym tylko częściowo dysocjują na jony. Przewodnictwo ich przy rozcieńczaniu gwałtownie rośnie.

CH3COOH, H3PO4, Mg(OH)2, H3PO3

3. Stopień dysocjacji:

Określa, jaka część elektrolitów przereagowała z rozpuszczalnikiem, czyli jaka część uległa dysocjacji elektrolitycznej. Stopniem dysocjacji elektrolitycznej α nazywamy stosunek liczby cząsteczek zdysocjowanych na jony do ogólnej liczby cząstek elektrolitu, które zostały wprowadzone do elektrolitu.

n – liczba cząsteczek zdysocjowanych, N – liczba cząstek wprowadzonych

G – stężenie cząsteczek zdysocjowanych, G0 – ogólne stężenie cząsteczek

4. Stopień dysocjacji jest miarą mocy elektrolitów, wyznacza się go w procentach, zależy od:

W wyniku dysocjacji elektrolitycznej następuje rozpad substancji na pary pod wpływem rozpuszczalnika polarnego. Powstałe w wyniku dysocjacji roztwory przewodzą prą elektryczny i nazywają się elektrolitami. W procesie rozpuszczania i dysocjacji elektrolitycznej elektrolit przechodzi do roztworu w postaci jonów.

5. Rodzaje przewodników:

W badaniach chemicznych największe znaczenie mają przewodniki jonowe. Przepływom prądu w przewodniku towarzyszą zmiany chemiczne.
6. Przewodność:

Polega na przenoszeniu ładunków elektrycznych tzn. na przemieszczaniu się wolnych elektronów lub jonów albo też ruchu elektronów i jonów jednocześnie.

Przewodnictwo jest to stosunek długości przewodnika do oporu

Przewodnictwo prądu w roztworach elektrolitów zależy od stężenia jonów elektrolitu, jego charakteru chemicznego, rodzaju rozpuszczalnika i temperatury. W czasie przewodzenia prądu jony poruszają się (w polu elektrycznym) ruchem jednostajnym, gdyż niemal natychmiast po przyłożeniu pola elektrycznego ustala się równowaga pomiędzy siłą pola elektrycznego, a siłą tarcia wewnętrznego. Zmiany chemiczne, które zachodzą podczas przepływu prądu ogólnie nazywamy elektrolizą.

7. Przewodność właściwa [K]

Jest przewodnictwem 1cm3 roztworu, jest odwrotnością oporu właściwego, czyli oporu przewodu o długości l=1cm, przekroju S=cm2 (o objętości 1cm3)

R – opór przewodnika, ζ - opór właściwy, k – stała naczynia l/S

Jednostką przewodnictwa elektrycznego właściwego w układzie SI jest Siemens na metr (om-1cm-1). Jest to wielkość charakterystyczna dla danego przewodnika, przewodnictwo właściwe wzrasta wraz ze wzrostem temperatury (wzrost temp. o 1°C powoduje wzrost przewodnictwa o 2-2,5%, przyczyną tego jest spadek lepkości roztworu).

8. Przewodność molowa [Λm]

Jest przewodnictwem roztworu o objętości V cm3 zawartej między elektrodami oddalonymi od siebie o 1m i zawierającej 1kmol elektrolitu. Wymiarem przewodnictwa molowego jest m2omkmol

ne=n+z+=n-z-

ne – liczba ładunków elektrycznych, n+;n- - ilość kationów i anionów powstałych w czasie dysocjacji

z+;z- - ładunki powstałych jonów

9. Przewodność równoważnikowa [Λr]

Jest przewodnictwem roztworu o objętości V cm3 zawartej między elektrodami oddalonymi od siebie o 1m i zawierającej 1 gramorównoważnik/val/elektrolitu. Wymiarem przewodnictwa równoważnikowego jest cm2omval. Ponieważ przewodnictwo to jest wynikiem ruchu równej liczby ładunków dodatnich i ujemnych, zatem porównanie przewodnictwa równoważnikowego różnych elektrolitów może dostarczyć informacji o stopniu dysocjacji i prędkości poruszania się jonów w polu elektrycznym.

[cm3cm-1val-1] K- przewodnictwo właściwe

10. Wyznaczanie stałej naczynka konduktometrycznego

Do pomiarów kondunktancji służy naczynko konduktometryczne. Jest to naczynko z wtopionymi na stałe platynowymi elektrodami pokrytymi czernią platynową. Powierzchnia (1cm2 ) i odległość (1cm) elektrod jest stała. Stała naczynka konduktometrycznego to stosunek długości do przekroju

K=l/S

Gdzie: K- stała naczynka konduktometrycznego, l- długość, S- przekrój

Bezpośrednie wyznaczenie stałej naczynka konduktometrycznego jest bardzo trudne. Pośrednie wyznaczanie stałej naczynka konduktometrycznego;

- pomiar naczynka wypełnionego KCl

- przewodność właściwa naczynka znana

- obliczanie K z przekształcenia wzoru χ=K*λ

czyli K=χ/λ

11. Miareczkowanie konduktometryczne:

Istota pomiarów polega na wyznaczaniu punktów równoważnikowych reagujących elektrolitów na podstawie zmian przewodnictwa podczas miareczkowania. W naczyńku konduktometrycznym umieszcza się roztwór i elektrody platynowe. Następnie należy zmierzyć przewodnictwo właściwe roztworu i dodawać małymi porcjami odczynnik miareczkujący. Po każdej dodanej objętości mierzy się przewodnictwo roztworu na mierniku przewodności. Miareczkowanie konduktometryczne znajduje zastosowanie głównie w analizie ilościowej elektrolitów, zwłaszcza roztworów zabarwionych i mętnych. Punkt równoważnikowy ustala się na podstawie pomiaru.

Część teoretyczna:

Spektrofotometria - technika spektroskopowa polegająca na ilościowym pomiarze absorpcji, emisji lub odbicia światła. W technikach spektrofotometrycznych mierzy się, a także porównuje z wzorcem intensywność światła dla poszczególnych częstości (lub długości fali) widma spektroskopowego, natomiast w pozostałych technikach spektroskopowych pomiar intensywności światła na ogół ma drugorzędne znaczenie, a bardziej istotne jest występowanie i kształt sygnałów w widmach. Pomiary spektrofotometryczne można wykonywać w całym obszarze widma świetlnego. Przyjęło się jednak, że tym terminem określa się pomiary wykonywane w zakresie światła widzialnego oraz ultrafioletowego (ewentualnie bliskiej podczerwieni). Pomiary spektrofotometryczne wykonuje się za pomocą spektrofotometrów

Absorpcja (łac. absorbere – wchłaniać)-w chemii fizycznej – proces polegający na wnikaniu cząsteczek, atomów lub jonów do wnętrza innej substancji tworzącej dowolną fazę ciągłą (gazu, cieczy, ciała stałego itp.). Jest to proces dyfuzyjny zachodzący podczas bezprzeponowego zetknięcia cieczy z gazem zawierającym składnik, który chcemy z niego usunąć. Składnik gazowy pochłaniany przez ciecz nazywa się absorbatem, a ciecz używana do pochłaniania określonego składnika nazywa się absorbentem. W chemii mamy najczęściej do czynienia z absorpcją jednej substancji (absorbat) i przez (absorbent) znajdującą się w jednej fazie oraz z absorpcją promieniowania (elektromagnetycznego, korpuskularnego, fal akustycznych) przez różne substancje.

Stan podstawowy–w mechanice kwantowej stan układu charakteryzujący się najmniejszą energią.

Stan wzbudzony–w mechanice kwantowej jest to stan związany układu kwantowo- mechanicznego, mający większą energię niż stan podstawowy.

W fizyce atomowej stan wzbudzony jest pojęciem odnoszącym się do atomów lub cząsteczek.

W przypadku cząsteczek, wyróżniamy m.in. stany wzbudzone (wzbudzenia):

Promieniowanie monochromatyczne (mono – jeden, chroma – kolor)-określenie promieniowania elektromagnetycznego złożonego z dokładnie jednej częstotliwości (długości fali). W rzeczywistości tak dokładnego promieniowania uzyskać nie można (widmo nigdy nie będzie dokładnie jednym prążkiem).Określenie zwykle odnosi się do promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widzialnym i zbliżonym do widzialnego, jednak może opisywać każdą częstotliwość. Urządzeniem wytwarzającym promieniowanie monochromatyczne jest na przykład laser.

Promieniowanie polichromatyczne-promieniowanie, którego spektrum nie składa się tylko z jednej długości fali , jak w przypadku światła laserowego, a posiada szeroki zakres zawierający światło widzialne i część spektrum podczerwonego

Zakresy promieniowania ultrafioletowego:

Zarówno zakres całego ultrafioletu, jak i podziały na podzakresy mają charakter umowny. Do celów spektroskopii stosuje się podział na ultrafiolet:

Natomiast ze względu na skutki działania promieniowania ultrafioletowego na człowieka, wyróżnia się:

Transmitancja wskazuje, jaka część promieniowania padającego została przepuszczona przez substancję.

Widmo absorpcyjne – widmo, które powstaje podczas przechodzenia promieniowania elektromagnetycznego przez chłonny ośrodek absorbujący promieniowanie o określonych długościach. Można zarejestrować przy użyciu metod spektroskopii. Graficznie ma postać widma ciągłego z ciemnymi liniami (dla gazowych pierwiastków). Występowanie widma absorpcyjnego jest spowodowane pochłanianiem przez substancję fotonów tylko o określonych długościach fali – takich które mogą spowodować wzbudzenie atomu lub cząsteczki do stanu dopuszczanego przez prawa mechaniki kwantowej. Zmiany stanu wzbudzenia dotyczą zarówno elektronów jak i oscylacji i rotacji całych cząstek.

Temat: Pomiar przewodności właściwej roztworów. Miareczkowanie konduktometryczne.

Elektrolity mocne.

Elektrolity mocne, całkowicie zdysocjowane na jony: wodorotlenki litowców i berylowców; wyłączając wodorotlenek berylu oraz magnezu, kwasy, np. HCl, HI, HBr, H2SO4, HNO3, HClO4, oraz większość nieorganicznych soli rozpuszczalnych w wodzie (do wyjątków należą np. sole rtęci – Hg(CN)2, Hg2Cl2 – w których wiązanie metalu z anionem" jest w dużym stopniu kowalencyjne) – takie sole tworzą kryształy jonowe.

Elektrolity słabe.

Elektrolity słabe: tylko częściowo zdysocjowane na jony – H2S, H2SO3, HNO2, CH3COOH.

Stopień dysocjacji.

Stopień dysocjacji to stosunek liczby moli cząsteczek danego związku chemicznego, które uległy rozpadowi na jony do łącznej liczby cząsteczek tego związku, znajdującego się w roztworze, fazie gazowej lub stopie, w którym zaszło zjawisko dysocjacji elektrolitycznej.

Stopień dysocjacji zależy od:

gdzie: (α) - stopień dysocjacji, x - liczba moli cząsteczek zdysocjowanych na jony, n - liczba moli cząsteczek substancji rozpuszczonej.

Wartość podajemy w procentach (np. 13% cząsteczek uległo dysocjacji) lub w ułamku dziesiętnym np. α = 0,13
Stopień dysocjacji zależy zarówno od temperatury, jak i od stężenia elektrolitu. Wzrost temperatury zwiększa stopień dysocjacji, wzrost stężenia  cofa proces dysocjacji.

Rodzaje przewodników elektryczności

Przewodność.

Przewodność elektrolityczna jest, po wielkości pH, najważniejszym parametrem pomiarowym w chemicznej analizie procesowej. Przedstawia ona zdolność przewodnictwa prądu elektrycznego przez roztwór wodny. Przewodność elektrolityczna pozwala na monitorowanie, sterowanie i regulowanie wszystkich procesów, w których znacząca jest obecność soli, kwasów oraz zasad.

Przewodność właściwa.

Przewodność elektryczna właściwa- to miara podatności materiału na przepływ prądu elektrycznego. Konduktywność, przewodność elektryczna przewodnika jednorodnego o oporze właściwym 1 Ω/m; charakteryzuje rodzaj przewodnika; jednostka — simens/metr (S/m). Konduktywność jest zazwyczaj oznaczana jako σ (mała grecka litera sigma).
Odwrotność konduktywności to rezystywność.
Konduktywność materiału wyznaczyć można znając wymiary geometryczne i konduktancję jednorodnego bloku danego materiału:

\sigma=\frac{lG}S,

gdzie: G - konduktancja, S - pole przekroju poprzecznego elementu, l - długość elementu.
W ogólności konduktywność metali spada przy wzroście temperatury, a konduktywność półprzewodników wzrasta wraz z temperaturą.

Przewodność molowa.

Przewodnictwo właściwe roztworu zależy od liczby obecnych w nim jonów, dlatego zazwyczaj wprowadza się przewodnictwo molowe Ʌm zdefiniowane jako:

gdzie c jest molowym stężeniem wprowadzonego elektrolitu. W układzie SI przewodnictwo molowe wyrażamy w S·m2·mol-1. Typowe wartości przewodnictwa molowego wynoszą około 10 mS·m2·mol-1 (gdzie 1mS = 10-3 S).

Dla elektrolitów mocnych ulegających praktycznie całkowitej dysocjacji stężenie jonów w roztworze jest proporcjonalne do stężenia wprowadzonego elektrolitu. Obszerne badania przeprowadzone w XIX wieku przez Kohlrauscha wykazały, że przy niskich stężeniach przewodnictwo molowe mocnych elektrolitów zależy od kwadratowego pierwiastka ze stężenia:

Stała Ʌ°m jest granicznym przewodnictwem molowym, czyli przewodnictwem molowym przy stężeniu zmierzającym do zera (gdy efektywnie jony znajdują się nieskończenie daleko od siebie i nie oddziałują ze sobą). Stwierdzono, że stała K w większym stopniu zależy od stechiometrii elektrolitu (tj. czy jest on typu MA, czy też M2A itp.), niż od jego rodzaju.

Kohlrausch wykazał również, że stałą Ʌ°m można wyrazi jako sumę wkładów pochodzących od poszczególnych jonów. Jeśli graniczne molowe przewodnictwo kationów oznaczymy za pomocą Ʌ+, anionów zaś Ʌ–, wówczas prawo niezależnej migracji jonów przyjmuje postać

Ʌ°m =Ʌ+Ʌ+ + Ʌ–Ʌ–

Gdzie Ʌ+ i Ʌ– oznacza liczbę kationów i anionów we wzorze stechiometrycznym elektrolitu (np. Ʌ+ =ɅɅ– = 1 dla KCl, a Ʌ+ = 1, ɅɅ– = 2 dla BaCl2). Ten prosty wynik, który można zrozumieć przyjmując, że jony poruszają się niezależnie, gdy stężenie zmierza do zera, pozwala na określenie granicznego przewodnictwa molowego dowolnego elektrolitu mocnego na podstawie danych tablicowych.

Przewodność równoważnikowa roztworów.

Przewodnictwo równoważnikowe - jest to przewodnictwo właściwe odniesione do przewodnictwa centymetrowej warstewki roztworu zawierającej jeden gramorównoważnik substancji:

gdzie c oznacza stężenie normalne roztworu.

Wyznaczanie stałej naczynka konduktometrycznego.

Stałą naczyńka konduktometrycznego Θ, którą wyznaczamy mierząc konduktancję elektrolityczną G roztworu wzorcowego o określonym stężeniu i znanej konduktywności elektrolitycznej κ, wówczas Θ = κ / G.

Miareczkowanie konduktometryczne.

Miareczkowanie konduktometryczne - w chemii analitycznej chemiczna technika miareczkowa polegająca na pomiarze zmian przewodnictwa elektrycznego analizowanego roztworu w trakcie stopniowego dodawania do niego odczynnika miareczkującego. Znajduje zastosowanie w przypadku roztworów silnie zabarwionych lub mętnych, a także w reakcjach, w których tworzą się kompleksy.

Miareczkowanie konduktometryczne przeprowadzane jest zwykle w układzie kwas-zasada. O przewodnictwie układu kwas-zasada decydują głównie bardzo ruchliwe jony hydroniowe, a zatem jest ono funkcją pH układu.

Przy miareczkowaniu słabych kwasów, nie zauważa się początkowego spadku przewodnictwa, gdyż od razu powstaje mocny elektrolit. Pomimo tego po osiągnięciu punktu równoważnikowego, stężenie jonów hydroksylowych i ciągłe zwiększanie się sumy stężeń wszystkich jonów, powoduje powstanie wyraźnego załamania w punkcie zobojętnienia na krzywej miareczkowania. Przy miareczkowaniu mieszaniny mocny – słaby kwas, najpierw zostaje zneutralizowany mocny kwas.

Miareczkowanie konduktometryczne - polega na dodawaniu roztworu odczynnika (titrant) z biurety w postaci kropel do roztworu zwanego roztworem analitu, i jednoczesnym pomiarze oporu (przewodnictwo) danego roztworu, po każdorazowym dodaniu titranta.

Spektometria w podczerwieni.

Spektroskopia IR - rodzaj spektroskopii, w której stosuje się promieniowanie podczerwone. Najpowszechniej stosowaną techniką IR jest absorpcyjna spektroskopia IR, służąca do otrzymywania widm oscylacyjnych (choć w zakresie dalekiej podczerwieni obserwuje się także przejścia rotacyjne). Przy pomocy spektroskopii IR można ustalić jakie grupy funkcyjne obecne są w analizowanym związku. Spektroskopia w podczerwieni pozwala na analizę zarówno struktury cząsteczek jak i ich oddziaływania z otoczeniem. Jest to jedna z podstawowych metod stosowanych w badaniu wiązań wodorowych.

Promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu IR ma częstotliwość zbliżoną do częstotliwości drgań cząsteczek. Przechodząc przez próbkę badanej substancji promieniowanie to jest selektywnie pochłaniane, zwiększając amplitudę drgań w cząsteczkach (czy też kryształach) tej substancji. W analizie tych pasm dla układów wieloatomowych stosuje się pojęcie drgań normalnych, traktując każde pasmo jako wynik wzbudzenia jednego (tony podstawowe) lub kilku (tony kombinacyjne) drgania normalnego.

Absorpcji promieniowania podczerwonego towarzyszą zmiany energii oscylacyjnej cząsteczek. Ponieważ energia ta jest skwantowana, absorbowane jest tylko promieniowanie o pewnych określonych energiach, charakterystycznych dla grup funkcyjnych wykonujących drgania. Dzięki temu, wartości częstości drgań charakterystycznych mogą być ujęte w formie odpowiednich tabel, i absorpcyjne widmo IR umożliwia ustalenie jakie grupy funkcyjne występują w analizowanej próbce.

Widma IR są bardzo złożone i niezwykle rzadko zdarza się, aby dwa różne związki chemiczne miały w całym zakresie identyczne widma, co praktycznie umożliwia jednoznaczną ich identyfikację. Zastosowanie bazy danych z częstościami określonych pasm obecnych w danych związkach chemicznych pozwala na identyfikację związków chemicznych w badanej próbce.

Podczerwień (promieniowanie podczerwone) (ang. infrared, IR) – promieniowanie elektromagnetyczne o długości fal pomiędzy światłem widzialnym a falami radiowymi. Oznacza to zakres od 780 nm do 1 mm.

Spektroskopia odbiciowa - bada widma, które powstały w wyniku odbicia się promieniowania od powierzchni analizowanej substancji

Energia cząsteczek

Podstawowym założeniem teorii kwantów jest przyjęcie dyskretnych (nieciągłych) poziomów energetycznych atomów i cząsteczek, pomiędzy którymi zachodzą przejścia w wyniku absorpcji lub emisji kwantu.

Energię cząsteczki można z drobnym przybliżeniem przedstawić jako sumę energii związanej z konfiguracją elektronów (Eel), energii oscylacji jąder wokół położenia równowagi (Eosc) oraz energi rotacyjnej, wynikającej z obrotu cząsteczki wokół osi (Erot) ;

Emol = Eel + Eosc + Erot

Eel jest rzędu elektronowoltów (eV), Eosc- dziesiętnych części eV, Erot zaś- setnych części eV

Zakresy promieniowania podczerwieni;

* 0.7 – 5 µm – bliska podczerwień (NIR)

* 5 – 30 µm – średnia podczerwień (MIR)

* 30 – 1000 µm – daleka podczerwień (FAR)

Zastosowanie spektrometrii w podczerwieni

- zakres średni;

- zakres bliski

- zakres daleki

Drgania cząsteczkowe

a) normalne

- Drgania symetryczne rozciągające

- Drgania asymetryczne rozciągające

- Drgania nożycowe

- Drgania wahadłowe

- Drgania wachlarzowe

- Drgania skręcające

b) charakterystyczne - amplitudy wychyleń zrębów atomowych należącej do jednego ugrupowania (grupy funkcyjnej) są istotnie większe niż amplitudy wychyleń pozostałych zrębów. Innymi słowy, drganie pewnego ugrupowania znajdującego się w molekule ma decydujący wkład w drganie o tej charakterystycznej częstości. Jako dobry przykład służy drganie rozciągające grupy hydroksylowej. Jest to drganie o częstotliwości z zakresu 3500 do 4000 cm-1, w którym zręby atomowe tlenu i połączonego z nim bezpośrednio wodoru drgają z dużo większą amplitudą niż zręby pozostałych pierwiastków tworzących molekułę.

Spektrofotometr IR- M80 dwuwiązkowy- Spektrofotometr siatkowy posiada optykę i szerokie możliwości pomiarowe. Jest sterowany procesorem wewnętrznym. Posiada wbudowaną klawiaturę, wyświetlacz, ploter i drukarkę. Jest samodzielnym urządzeniem. Przy zamontowaniu interfejsu do PC można uzyskać pełne sterowanie aparatu z poziomu komputera, zbieranie i obróbkę danych przy użyciu najnowszych programów.

Stan podstawowy – stan układu w którym elektron posiada najmniejszą energię. Znajdujący się w stanie podstawowym elektron może pochłonąć (absorpcja) energię w postaci „kwantu” światła przechodząc do stanu o wyższej energii , czyli stanu wzbudzonego.

Stan wzbudzony – oznacza, że elektron znajduje się dalej od jądra na orbicie o większej liczbie kwantowej niż w stanie podstawowym. O ile w stanie podstawowym atomu, elektrony zapełniają orbitale zgodnie z Regułą Hunda, o tyle w stanie wzbudzonym mogą występować np. dwa orbitale z niesparowanymi elektronami.

W przypadku cząsteczek, wyróżniamy m.in. stany wzbudzone (wzbudzenia):

Promieniowanie monochromatyczne - określenie promieniowania elektromagnetycznego złożonego z dokładnie jednej częstotliwości (długości fali). W rzeczywistości tak dokładnego promieniowania uzyskać nie można (widmo nigdy nie będzie dokładnie jednym prążkiem).

Określenie zwykle odnosi się do promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widzialnym i zbliżonym do widzialnego, jednak może opisywać każdą częstotliwość. Urządzeniem wytwarzającym promieniowanie monochromatyczne jest na przykład laser.

Promieniowanie polichromatyczne ciągłę (białe) złożone z promieni o różnych (lambda) : wynik gwałtownego hamowania elektronów na anodzie. Elektrony wytracające energię od razu powodują powstanie fotonów o maksymalnej energii ( minimalna (znaczek lambda)). Eelktrony tracące energię stopniowo, na różnych atomach anody powoduja powstanie fotonów o (znaczek lambda) < (znaczek lambda) max

Prawa absorpcji:I Prawo absorpcji (prawo Lamberta)
Wiązka promieniowania monochromatycznego po przejściu przez jednorodny ośrodek absorbujący o grubości b ulega osłabieniu wg równania:
I = I0 ∙ e –kb
w którym I0 oznacza natężenie wiązki promieniowania monochromatycznego padającego na jednorodny ośrodek absorbujący, I – natężenie promieniowania po przejściu przez ośrodek absorbujący, b – grubość warstwy absorbującej, k – współczynnik absorpcji, e – podstawę logarytmów naturalnych.
I prawo absorpcji można zatem sformułować w sposób następujący:
Absorpcja jest proporcjonalna do grubości warstwy absorpcyjnej, jeśli wiązka promieniowania monochromatycznego przechodzi przez jednorodny ośrodek absorbujący.
II Prawo absorpcji (prawo Lamberta – Beera)
Prawo to dotyczy absorpcji promieniowania przez roztwór i można je sformułować w następujący sposób: jeśli współczynnik absorpcji rozpuszczalnika jest równy zeru, to wiązka promieniowania monochromatycznego, po przejściu przez jednorodny roztwór substancji absorbującej o stężeniu c, ulega osłabieniu według równania:
I = I0 ∙ e kbc
Prawo to można sformułować w sposób następujący: Jeżeli współczynnik absorpcji rozpuszczalnika jest równy zeru, to absorbancja wiązki promieniowania monochromatycznego przechodzącej przez jednorodny roztwór jest wprost proporcjonalny do stężenia roztworu c i do grubości warstwy absorbującej b.
III Prawo absorpcji (prawo addytywności absorpcji)
Absorpcja roztworu wieloskładnikowego równa się sumie absorbancji poszczególnych składników:
A = A1 + A2 + … An
Gdzie: A1, A2, …, An są to absorbancje poszczególnych składników. W równaniu:
A = a c b
wielkość a jest właściwym współczynnikiem absorpcji, gdy stężenie wyrażamy w kg ∙ dm -3 lub g ∙ cm -3. Natomiast, gdy stężenie c wyrażamy w mol ∙ dm -3, równanie to przybiera postać:
A = ε c b
Gdzie ε jest to molowy współczynnik absorpcji, a jego wymiar podawany jest dwojako:
[dm3 ∙ mol -1].

Prawa promieniowania:

Prawa Wiena - dwa prawa opisujące promieniowanie cieplne ciał. Pierwsze, tzw. prawo przesunięć Wiena, określa zmianę położenia maksimum rozkładu natężenia promieniowania cieplnego przy zmianie temperatury. Zgodnie z nim iloczyn λmax, tzn. długość fali światła odpowiadającej maksimum natężenia promieniowania cieplnego ciała doskonale czarnego znajdującego się w określonej temperaturze bezwzględnej T i tej temperatury jest stały (λmaxT = const, wielkości te są odwrotnie proporcjonalne), albo, w sformułowaniu równoważnym: stosunek częstotliwości νmax, odpowiadającej maksymalnemu natężeniu promieniowania cieplnego w danej temperaturze bezwzględnej T do tej temperatury jest stały (νmax: T = const, wielkości te są wprost proporcjonalne). Drugie prawo Wiena określa kształt rozkładu natężenia promieniowania cieplnego w części promieniowania krótkofalowego (tj. dla λ << λmax). Zgodnie z nim rozkład natężenia promieniowania E ciała doskonale czarnego o temperaturze bezwzględnej T wyraża wzór:
E(λ, T) = C1λ-5e-C2/λT,
gdzie C1, C2 - pewne stałe.
Oba prawa można wyprowadzić z prawa promieniowania Plancka.
Stefana-Boltzmanna prawo - prawo określające zależność całkowitej zdolności emisyjnej ε ciała doskonale czarnego od jego temperatury bezwzględnej T: ε = σT4, gdzie σ = 5,675 10-8W/mK4 (tzw. Stefana-Boltzmanna stała). Prawo te otrzymuje się przez scałkowanie prawo promieniowania Plancka (promieniowanie cieplne).
Kirchhoffa prawo promieniowania - prawo dotyczące zrównoważonego promieniowania termicznego. Głosi ono, że dla każdego nieprzezroczystego ciała o temperaturze T i dla promieniowania elektromagnetycznego (fale elektromagnetyczne) o częstości należącej do pewnego przedziału (ν, ν+Δν) stosunek zdolności emisyjnej E(ν,T) tego ciała do jego zdolności absorpcyjnej A(ν,T) nie zależy od rodzaju ciała i jest równy zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego C(ν,T) w tym zakresie częstości i w tej temperaturze.
Wynika stąd, że jeśli ciało emituje promieniowania o danej częstości, to musi je też pochłaniać, implikacja w drugim kierunku nie jest prawdziwa, bo C(ν,T) może równać się zeru.

Absorpcja – w optyce proces pochłaniania energii fali elektromagnetycznej przez substancję. Na skutek absorpcji natężenie światła wiązki przechodzącej przez substancję ulega zmniejszeniu nie tylko na skutek absorpcji, lecz również w wyniku rozpraszania światła. O ile jednak promieniowanie rozproszone opuszcza ciało, to część zaabsorbowana zanika powodując wzrost energii wewnętrznej tego ciała.
Transmitancja- przepuszczalność, wartość transmisji. Jest to stosunek natężenia promieniowania przepuszczonego I do padającego Io
dla danej częstości.

Widmo absorpcyjne – widmo, które powstaje podczas przechodzenia promieniowania elektromagnetycznego przez chłonny ośrodek absorbujący promieniowanie o określonych długościach. Można zarejestrować przy użyciu metod spektroskopii. Graficznie ma postać widma ciągłego z ciemnymi liniami (dla gazowych pierwiastków). Występowanie widma absorpcyjnego jest spowodowane pochłanianiem przez substancję fotonów tylko o określonych długościach fali – takich które mogą spowodować wzbudzenie atomu lub cząsteczki do stanu dopuszczanego przez prawa mechaniki kwantowej. Zmiany stanu wzbudzenia dotyczą zarówno elektronów jak i oscylacji i rotacji całych cząstek. Obrazem widma absorpcyjnego związku chemicznego są pasma o strukturze liniowej lub ciągłej z silniej lub słabiej zaznaczonymi ekstremami.

Zasada spektrofotometrycznego oznaczania stężeń roztworów

Metoda krzywej wzorcowej polega na ustaleniu zależności pomiędzy stężeniem oznaczonej substancji w roztworze a absorbancją (C=f(A)). W tym celu sporządza się serie roztworów wzorcowych oznaczanej substancji o różnych stężeniach i dla każdej z próbek wyznacza się krzywą absorpcji czyli zależność absorbancji od długości fali światła padającego (A=f(λ)). Na podstawie otrzymanych krzywych absorpcji dla każdej z próbek określa się długość fali przy której absorbancja osiąga wartość minimalną. Z otrzymanych danych wykreśla się krzywą wzorcową.

Zakresy promieniowania:

Promieniowanie nadfioletowe (UV) :

UV-C daleki nadfiolet 100 nm – 280 nm

UV-B średni nadfiolet 280 nm – 315 nm

UV-A bliski nadfiolet 315 nm – 400 nm

Promieniowanie widzialne VIS 380 nm – 780 nm

Promieniowaniem podczerwone (IR) :

IR-A bliska podczerwień 760 nm – 1.400 nm

IR-B średnia podczerwień 1.400 nm – 3.000 nm

IR-C daleka podczerwień 3.000 nm – 1.000.000 nm (1 mm)

Umowne podzakresy promieniowania widzialnego:

Barwa światła -charakterystyczny przedział długości fali [nm]

fioletowa 380 - 430

niebieska 430 - 470

niebiesko-zielona 470 - 500

zielona 500 - 530

zielono-żółta 530 - 560

żółta 560 - 590

pomarańczowa 590 - 620

czerwona 620 – 760

Wpływ warunków pomiarowych na absorpcję związków organicznych

Prawo Lamberta-Beera stosuje się do roztworów rozcieńczonych, bowiem przy większych stężeniach wartość współczynnika absorpcji zależy zwykle od stężenia oznaczanej substancji. Na wykresie obrazującym zależność absorbancji roztworu od jego stężenia wuidacznia się to w zakrzywieniu lini kalibracyjnej w zakresie wyższych stężeń w górę lub w dół, które określa się jako odstępstwa od prawa Lamberta-Beera. Odstępstwa te mogą być natury chemicznej lub instrumentalnej. Odstępstwa natury chemicznej występują, gdy zachodzą oddziaływania cząsteczek substancji rozpuszczonej pomiędzy sobą (dysocjacja, asocjacja) lub z cząsteczkami rozpuszczalnika. Od wartości pH zależy na jakim stopniu utlenienia znajdują się jony w roztworze, więc w zależności od środowiska chemicznego, w którym znajduje się analit wartość sygnału mierzonego dla danego stężenia analitu może ulegać zmianie.

Czynnikiem aparaturowym jest niedostateczna monochromatyzacja promieniowania. Możliwe jest również termiczne wzbudzenie elektronów poprzez zwiększenie temperatury w trakcie przeprowadzania pomiarów.

TEMAT 1: POMIAR GESTOŚCI SUBSTANCJI

Gęstość (masa właściwa) - masa jednostki objętości, dla substancji jednorodnych określana jako stosunek masy (m) do objętości (V):

Dla substancji niejednorodnych zależy od punktu substancji i określana wówczas jako granica stosunku masy do objętości, gdy objętość obejmuje coraz mniejsze objętości obejmujące punkt:

gdzie m oznacza masę ciała (jako funkcję objętości), zaś V jego objętość.

Jednostki gęstości: kilogram na metr sześcienny - kg/m3 (układ SI), kg/l, g/cm3 (CGS).

Gęstość bezwzględna - jest to stosunek masy jednorodnego ciała do objętości jaką zajmuje wyrażana w g/cm³ lub dowolnych innych jednostkach masy i objętości. Objętość ciał zależy od temperatury i ciśnienia, tak więc gęstość również zależy od tych parametrów.

Wpływ ciśnienia na ciecze oraz ciała stałe jest na tyle niewielki, iż często jest to pomijalne z praktycznego punktu widzenia. Temperatura ma spory wpływ na gęstość cieczy i ciał stałych. Zmiana gęstości bezwzględnej ciał stałych i cieczy jest nazywana rozszerzalnością cieplną, a jej miarą jest współczynnik rozszerzalności oznaczany zwykle symbolem cp.

Gęstość gazów jest funkcją zarówno temperatury jak i ciśnienia. Dla gazów doskonałych zależność gęstości od temperatury i ciśnienia jest określona przez równanie Clapeyrona

Gęstość względna - stosunek mas dwóch substancji w mieszaninie.

Gęstość względna jest wielkością nieoznaczoną. Jest to stosunek gęstości bezwzględnej badanego ciała, do gęstości bezwzględnej innego ciała, uznanego jako wzorzec. Dla cieczy i ciał stałych najczęściej wzorcem jest woda w temperaturze 20°C, i przeważnie w stosunku do niej przelicza się wielkość gęstości.

Gęstość względna dt/t oznaczona w temperaturze t °C odniesiona do wody określa się następującym wzorem:

dt/t = dxt / dwt = mxt / mwt

gdzie: dt/t - gęstość względna badanego ciała w temperaturze t °C, dxt - gęstość bezwzględna badanego ciała w temperaturze t °C,
dwt - gęstość bezwzględna wody w temperaturze t °C, mxt - masa badanego ciała w temperaturze t °C, [g/cm3], mwt - masa wody w temperaturze t °C, [g/cm3]

Aby przeliczyć gęstość względną na bezwzględną, należy uwzględnić gęstość wody w temperaturze pomiary t °C (dwt).Czyli:
dt/4 = dt/t * dwt Ponieważ gęstość dla różnych rodzajów np. wody, nie jest jednakowa, w takim razie zależy ona od ilości rozpuszczonych w roztworze substancji.

Wyznaczanie gęstości regularnych brył i cieczy

Dla regularnych brył wyznaczanie gęstości sprowadza się do bezpośredniego pomiaru masy oraz wymiarów geometrycznych. Po obliczeniu V (objętości) danej bryły i podstawieniu do wzoru

możemy wyznaczyć gęstość tej bryły. Objętość brył o nieregularnych kształtach mierząc objętość wypartej cieczy po zanurzeniu bryły w cylindrze miarowym. Objętość bryły określa

W przypadku ciał o dużych wymiarach, można zmierzyć objętość cieczy wypływającej ze zlewki wypełnionej jakąś cieczą do pełna.

Zastosowanie prawa Archimedesa do wyznaczania gęstości

Korzystając z prawa Archimedesa, możemy wyznaczyć gęstość ciała stałego lub cieczy. Ciało stałe zawieszamy na wadze sprężynowej i mierzymy wartość jego ciężaru

Następnie zanurzamy je w cieczy o znanej gęstości (np. w wodzie) i odczytujemy wskazanie wagi R

Na ciało zanurzone w cieczy działają trzy siły:

Zgodnie z trzecią zasadą dynamiki wartość siły, którą ciało działa na sprężynę wagi, jest także równa R i tę wartość odczytaliśmy w pomiarze.

Korzystając z danych uzyskanych w doświadczeniu, możemy obliczyć objętość V wypartej cieczy, równą objętości ciała:

Gęstość ciała ρx obliczamy z definicji gęstości:

Podobnie można wyznaczyć gęstość cieczy (ρc). Ciało pomocnicze, które tonie zarówno w wodzie, jak i w badanej cieczy ważymy trzykrotnie:

Z powyższych równań obliczamy objętość ciała pomocniczego V i wyniki przyrównujemy:

skąd wiadomo, że: Zastosowanie prawa Pascala do wyznaczania gęstości

W przypadku różnych cieczy nie mieszających się ze sobą, możemy przeprowadzić następujące rozumowanie:

jeśli ciecze znajdują się w równowadze, czyli poziom zetknięcia cieczy nie przesuwa się ani w górę, ani w dół, ciśnienie słupów cieczy o wysokościach h1 i h2 (mierzone od poziomu zetknięcia cieczy) są jednakowe:

p1 = p2 h1 ρ1 g = h2 ρ2 g czyli: h1 ρ1 = h2 ρ2

Ze wzoru wynika, że wysokości słupów dwóch różnych cieczy w naczyniach połączonych, mierzone od poziomu zetknięcia cieczy, są odwrotnie proporcjonalne do gęstości cieczy.

Pomiary gęstości za pomocą piknometru

Piknometr jest to przyrząd służący do pomiarów gęstości ciał stałych i cieczy za pomocą serii ważeń. Głównym elementem piknometru jest małe naczynko o pojemności od 1 do 100 ml oraz dopasowany do niego korek ze szlifem. Korek wyposażony jest w rurkę kapilarną oraz, czasami, w termometr. Istnieją cztery główne rodzaje piknometrów: - z otworem kapilarnym

Pomiar gęstości ciał stałych polega na umieszczeniu ciała w naczynku wypełnionym cieczą i dokonaniu serii pomiarów masy. Pozwala to na bardzo dokładne wyliczenie gęstości. Ważne jest żeby ciało miało taki kształt, że łatwo je można umieścić w piknometrze. Bardzo dobre są np. granulki. Aby wyznaczyć gęstość ciała, należy zmierzyć masę samego piknometru, masę piknometru z wodą a także masę piknometru z wodą i dodanym ciałem stałym. Konieczne jest też wcześniejsze zważenie samego ciała. Z wyników ważenia otrzymujemy:

ms1 - masa ciała stałego w powietrzu, mp - masa piknometru, mp+w - masa piknometru i wody, mp+w+s - masa piknometru, wody i ciała stałego.

Z danych możemy wyznaczyć masę wody oraz masę ciała po zanurzeniu go w cieczy:

mw = mp+w - mp, ms2 = mp+w+s - mp+w

Wiadomo, że siła wyporu jest równa różnicy pomiędzy ciężarem ciała w powietrzu i ciężarem ciała w wodzie:

Fw = ms1g - ms2g = (ms1 - ms2)g oraz ciężarowi wypartej cieczy: Fw = Vsrcg

Gęstość wody można przyjąć za równą 1 kg/dm3. Możemy stąd obliczyć objętość ciała:

Vzrc = ms1 - ms2 Þ Vs = (ms1 - ms2)/rc

Znając objętość ciała i jego masę, można obliczyć gęstość ciała: rs= ms1/Vs

Wykonywanie pomiarów za pomocą piknometru:

Piknometr należy oczyścić wodą destylowaną, a następnie osuszyć etanolem. Należy dokładnie zważyć piknometr wraz z zatyczką i zapisać wynik, uwzględniając błąd pomiarowy (0,0002 g). Następnie piknometr należy wypełnić wodą, zatkać i dokładnie zważyć. Wynik zapisujemy. Następnie ważymy badane ciało stałe, zapisujemy jego masę, i przenosimy w całości do piknometru. Zamykamy piknometr i ważymy całość. Zapisujemy wynik. Mając dane wszystkie potrzebne wielkości, możemy je podstawić do wzoru i obliczyć gęstość badanego ciała.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Choroby zakazne wieku dzieciecego do druku
Zaburzenia rownowagi wodnej do druku 9
Piesni maryjne na procesje do druku
czesci rozbite new do druku
Przytulia wonna, Botanika - Systematyka roślin do druku
Sit sztywny, Botanika - Systematyka roślin do druku
Zaka enia uk adu1, VI rok, VI rok, Pediatria, Pediatria, PEDIATRIA OLA, pediatria IV V, Choroby dzie
Cicho, teksty gotowe do druku
media w edukacji do druku, Uczelnia
finanse międzynarodowe DO DRUKU, studia
HANDEL do druku
Ściąga do druku
do druku ~$is treści
Problem ochrony tajemnicy spowiedzi w polskim prawie procesowym do druku
do druku zestawienie ostatecznych wsp
do druku tabekla z chemi
abd egz opr do druku

więcej podobnych podstron