S P R A W O Z D A N I E

ĆWICZENIE 68

Temat: Wyznaczanie stężenia roztworów koloidalnych metodą nefelometryczną.

1. DEFINICJA WYZNACZANEJ WIELKOŚCI

STĘŻENIE to masa przypadająca na jednostkę objętości

C = $\frac{\mathbf{u}\mathbf{n}}{\mathbf{N}}$

Gdzie:

c- stężenie substancji powodującej rozpraszanie światła w roztworze

n- liczba cząstek rozpraszających w jednostce objętości

µ- masa molowa

N- liczba Avogadra

C =[ $\frac{\frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{\text{mol}}}\mathbf{*}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}}{\mathbf{\text{mol}}^{\mathbf{-}\mathbf{1}}}\mathbf{\text{\ \ }}$]

C =[ $\frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$ ]

2. ZJAWISKO FIZYCZNE

- Rozpraszanie światła (fal elektromagnetycznych) jest zjawiskiem oddziaływania światła z materią w wyniku, którego następuje zmiana kierunku rozchodzenia się światła, z wyjątkiem zjawisk opisanych przez odbicie i załamanie światła. Wywołuje złudzenie świecenia ośrodka.

Rozróżnia się rozpraszanie światła:

• sprężyste - podczas rozpraszania nie następuje zmiana energii (częstotliwości) światła ,

• niesprężyste - podczas rozpraszania zmienia się energia (częstotliwość) światła.

Rozpraszanie wiąże się z niejednorodnościami układu, w którym zachodzi propagacja fal. Rozpraszanie może zachodzić na skali cząstek elementarnych, molekularnej lub na skalach znacznie większych od molekularnych: przykładami są rozpraszanie fal elektromagnetycznych na pojedynczym elektronie, atomie, molekule, czy pyłach i aerozolach zawieszonych w powietrzu.

Roztwory koloidalne (koloidy) stanowią układy, w których cząstki substancji rozproszonej charakteryzują Sie rozmiarami od 1 do 500 nm. Cząstki o takich rozmiarach odpowiadają tzw. rozdrobnieniu koloidalnemu. Roztwory koloidalne są układami dwufazowymi, składają, sie z ośrodka rozpraszającego substancji rozproszonej.
Zależnie od fazy rozpraszającej noszą one nazwę hydrozoli (faza rozpraszająca - woda) i alkozoli (faza rozpraszająca - alkohol) itp. Największe znaczenie maja hydrozole.

3. METODA POMIARU

Do porównywania natężeń światła rozproszonego służy nefelometr. Stanowi on układ zwierciadła, kuwety z roztworem, układu soczewek i fotoelementu. Wiązka światła padającego na fotoelement powoduje przypływ prądu elektrycznego który jest proporcjonalny do natężenia światła rozproszonego:

i=b*I

gdzie b-współczynnik przyjmuje stałą wartość dla danej dl fali przy tym samym ustawieniu kuwety.

Jeśli i₀, I₀ oznaczamy jako parametry współczynnika, i, I jako parametry badanego roztworu mętnego to zachodzi zależność:

Stosunek foto prądów i/io = się stosunkowi natężeń światła rozproszonego I/Io. Względne natężenie światła rozproszonego odczytujemy w skali transmisji

Współczynnik zmętnienia T jest wielkością fizyczną charakterystyczną dla danego ośrodka mętnego. Wartość liczbowa tego współczynnika określa stopień osłabienia wiązki w wyniku rozpraszania, a więc stopień zmętnienia ośrodka. Z przedstawionych wyżej zależności wynika, że aby zbadać ilościowo zjawisko rozpraszania można zmierzyć natężenie światła rozproszonego I jest to metoda nefelometryezna, bądź mierzyć natężenie światła przechodzącego I_p - jest to metoda turbidymetryczna.

NEFELOMETRIA

I_n – natężenie światła rozproszonego zależy od:

• stężenia roztworu badanego

• wielkości cząstek

Nv²

I_n=I₀ F (1+cos²β)

λ⁴ r²

I₀ - natężenie promieniowania padającego

N – liczba cząstek rozpraszających

v – objętość cząstki

r – odległość detektora

F – współczynnik proporcjonalności (zależny od współczynnika załamania światła przez fazę rozproszoną i rozpraszającą)

λ− długość fali promieniowania padającego

β – kąt między wiązką promieniowania padającego i rozproszonego

Po uwzględnieniu wartości stałych w warunkach pomiaru:

I_n = I₀ N K = I₀ K c

K – wartość stała

c – stężenie substancji

Pomiar - przez porównanie natężenia światła rozproszonego przechodzącego przez roztwór badany (I_n,x) i przez wzorzec (I_n,w):

I_n,x c_x

=

I_n,w c_w

Stosując metodę turbidymetryczną mierzy się zazwyczaj turbidancję A_T - wielkość analogiczną do absorbancji.

Jeżeli natężenie światła rozproszonego przez rozpuszczalnik (wodę) w kuwecie oznaczymy przez I₀, a natężenie światła rozproszonego przez badany roztwór mętny przez I, to można zapisać:

i₀ = b I₀

czyli:

Stosunek odpowiednich fotoprądów równa się stosunkowi natężeń światła rozproszonego. Względne natężenie światła rozproszonego można więc odczytywać na skali transmisji. Transmitancja T równa się wartości liczbowej względnego natężenia światła rozproszonego I_W

Wzory eksperymentalne

I_w =$\frac{\mathbf{I}}{\mathbf{I}_{\mathbf{0}}}$

I_w względne natężenie światła rozproszonego

I natężenie światła rozproszonego przez badany roztwór mętny

I₀ natężenie światła rozproszonego przez rozpuszczalnik

Tabela

Lp	C	Iw (ilość działek)