Cwiczenie 48

Wyznaczanie stężenia cieczy za pomocą polarymetru.

Polarymetr - jest to przyrząd optyczny służący do pomiaru stężenia roztworów substancji, których cząsteczki skręcają płaszczyznę polaryzacji światła. Polarymetr służy też do określania czynności optycznej czystych związków chemicznych oraz określania składu mieszanin enancjometrów. Polarymetr jest zbudowany z dwóch pryzmatów Nicola (nikoli). Pierwszy z nikoli nosi nazwę "polaryzatora" a drugi "analizatora".

Światło - jest falą elektromagnetyczną o określonej długości. Ruch fal elektromagnetycz­nych polega na rozchodzeniu się w przestrzeni okresowo zmiennych pól: elektrycznego o natę­żeniu E i magnetycznego o natężeniu H. Wektory E i H są zawsze prostopadłe do siebie i do kierunku rozchodzenia się fali, czyli do wektora prędkości światła v.

Światło niespolaryzowane - oznacza to, że drgania wektora świetlnego odbywają się prostopadle do kierunku rozchodzenia się światła ale we wszystkich możliwych płaszczyznach, w których ten kierunek leży. Inaczej mówiąc: w świetle niespolaryzowanym wektor świetlny ma wiele płaszczyzn drgań. Typowe źródło światła, takie jak słońce, żarówki, świetlówki wysyłają światło niespolaryzowane.

Polaryzacja - własność fali poprzecznej, np. światła.

Rodzaje polaryzacji:
- liniowa - światło, w którym wektor świetlny E ma jedną płaszczyznę drgań
- kołowa - wektor elektryczny drgań w sposób ciągły rotuje wokół kierunku rozchodzenia się promieniowania a linia łącząca końce wektora zatacza koło
- eliptyczna - linia łącząca końce wektora tworzy elipsę
- częściowo spolaryzowana - drgania wektora świetlnego odbywają się w wielu płaszczyznach, tak jak w świetle niespolaryzowanym, ale amplituda drgań jest różna

Sposoby polaryzacji:
Falę spolaryzowaną można uzyskać poprzez:
- selektywną emisję - źródło fali wykonuje drgania w jednym kierunku,
- selektywne pochłanianie - ośrodek przez który przechodzi fala pochłania falę o jednym kierunku polaryzacji, a przepuszcza o przeciwnej,
- pojedyncze rozproszenie - rozproszenie w kierunku prostopadłym tworzy falę spolaryzowaną,
- odbicie od ośrodka przezroczystego,
- dwójłomność (podwójne załamanie).

Zjawisko skręcenia płaszczyzny polaryzacji
Występuje wtedy, kiedy promień przechodzi przez substancje optycznie czynne (np. cukier, terpentyna, nikotyna). Możemy je przedstawić za pomocą dwóch składowych spolaryzowanych kołowo - składową prawoskrętną p i lewoskrętną l. Po przejściu przez roztwór, gdzie prędkość składowych jest różna, jedna ze składowych jest opóźniona względem drugiej. W wyniku ich złożenia otrzymuje się światło spolaryzowane liniowo, jednak wektor E' tworzy kąt α z kierunkiem drgań liniowo spolaryzowanego światła padającego.
Płaszczyzna polaryzacji światła wychodzącego z roztworu optycznie czynnego zostanie obrócona względem płaszczyzny polaryzacji światła padającego, a kąt α - kątem skręcenia.
Kąt skręcenia polaryzacji światła jest proporcjonalny do liczby n cząsteczek substancji optycznie czynnej i zależy od stężenia substancji optycznie czynnej, długości drogi promieni w roztworze i od skręcenia właściwego charakterystycznego dla danej substancji.

Czynność optyczna jest uwarunkowana dwiema przyczynami:
a) typem budowy przestrzennej kryształu danej substancji
b) specjalną budową przestrzenną cząsteczki substancji

Pryzmat Nicola - rodzaj polaryzatora. Służy do wyeliminowania jednego z dwóch promieni spolaryzowanych wskutek podwójnego załamania. Pryzmat nicola to układ pryzmatów, odpowiednio wyciętych ze szpatu islandzkiego, sklejonych balsamem kanadyjskim. szpat islandzki wykazuje zjawisko dwójłomności, polegające na tym, że promień świetlny rozdziela się na dwa promienie. Jeżeli z kryształu szpatu odpowiednio wytnie się płytkę płasko-równoległą, to promień świetlny padający na płytkę ulegnie rozdzieleniu na promień zwyczajny i nadzwyczajny. Następnie należy wykluczyć jeden z promieni. Uzyskano to przez dobór kątów w pryzmatach, tak że promień zwyczajny ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu na warstwie balsamu, a promień nadzwyczajny przechodzi przez nikol jako światło spolaryzowane w jednej płaszczyźnie.

Dlaczego w nikolu przechodzi tylko jeden promień i jaki to promień?
W nikolu przechodzi tylko promień nadzwyczajny, ponieważ oba promienie są liniowo spolaryzowane, lecz w płaszczyznach do siebie prostopadłych i aby otrzymać światło liniowo spolaryzowane należy wykluczyć promień zwyczajny za pomocą doboru kątów w pryzmatach.

Promień zwyczajny - promień, który ma stałą wartość i stały kierunek i dlatego jest całkowicie odbity i pochłonięty w nikolu

Promień nadzwyczajny - promień, który nie ma stałej wartości i kierunku i przystosowuje się do biegu promienia

1

---