Temat : Wyznaczanie stężenia roztworu cukru za pomocą sacharymetru
1. Wiadomości ogólne.
1.1 Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie ze zjawiskiem skręcenia płaszczyzny polaryzacji , budową i działaniem sacharymetru oraz wyznaczanie stężenia cukru w roztworach.
1.2 Opis teoretyczny.
W doświadzczeniu wykorzystuje się falową naturę światła , która mówi , że światło jest falą elektromagnetyczną w której wektory pola elektrycznego
i pola magnetycznego
drgają w płaszczyznach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali. W związku z tym można otrzymać światło spolaryzowane. Można to zrobić kilkoma sposobami : przez odbicie , załamanie , przez wykorzystanie zjawiska selektywnego pochłaniania i zjawiska dwójłomności. Ostatni sposób ( zjawisko dwójłomności światła ) wykorzystany jest w doświadczeniu.
Promień świetlny przechodząc przez kryształ jednoosiowy ( w naszym przypadku szpat islandzki zwany nikolem ) rozdziela się na dwa promienie całkowicie spolaryzowane. Jeżeli wiązkę światła przepuścimy przez dwa skrzyżowane nikole ( polaryzator i analizator ) , to ulegnie ona całkowitemu wygaszeniu. Jeżeli między nikole wstawimy np.: roztwór cukru w wodzie , to pole widzenia ulegnie rozjaśnieniu. Ponowne zaciemnienie można uzyskać przez obrót analizatora o pewien kąt. Substancje skręcające płaszczyznę polaryzacji nazywamy substancjami aktywnymi optycznie.
Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji zależy od rodzaju ciała , stęzenia roztworu , od grubości warstwy skręcającej i wyraża się wzorem :
, gdzie :
α - kąt skręcenia płaszczyzny ,
- właściwa zdolność skręcania ,
d - grubość warstwy skręcającej ,
c - stężenie roztworu.
Do pomiaru kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji używa się polarymetrów. Polarymetry używane do wyznaczania stężenia cukru w roztworze nazywane są sacharymetrami.
1.3 Układ pomiarowy.
P - polaryzator R - naczynie z badanym roztworem A - analizator
2. Wyniki pomiarów.
2.1 Woda destylowana.
LP.
|
αw [ ° ] |
1. |
78,50 |
2. |
78,60 |
3. |
78,56 |
4. |
78,69 |
5. |
78,57 |
6. |
78,66 |
7. |
78,78 |
8. |
78,25 |
9. |
78,84 |
10. |
78,56 |
<śr> |
78,601 |
2.2 Roztwór o stężeniu 15 %.
LP.
|
β15 [ ° ] |
α15 = β15 - αw [ ° ] |
Δα15 |
α0d |
Δα0d |
1. |
97,50 |
18,899 |
0,15 |
126 |
0,996 |
2. |
97,60 |
18,999 |
0,05 |
126,66 |
0,336 |
3. |
97,44 |
18,839 |
0,21 |
125,6 |
1,396 |
4. |
97,90 |
19,299 |
0,25 |
128,66 |
1,664 |
5. |
97,80 |
19,199 |
0,15 |
128 |
1,004 |
6. |
97,78 |
19,179 |
0,13 |
127,86 |
0,864 |
7. |
97,44 |
18,839 |
0,21 |
125,6 |
1,396 |
8. |
97,60 |
18,999 |
0,05 |
126,66 |
0,336 |
9. |
97,56 |
18,959 |
0,09 |
126,4 |
0,596 |
10. |
97,88 |
19,279 |
0,23 |
128,52 |
1,524 |
<śr> |
97,65 |
19,049 |
0,152 |
126,993 |
1,0112 |
2.3 Roztwór X.
LP.
|
βx [ ° ] |
αx = βx - αw [ ° ] |
Δαx |
cx [ % ] |
1. |
87,23 |
8,629 |
0,223 |
|
2. |
86,80 |
8,199 |
0,207 |
|
3. |
87,00 |
8,399 |
0,007 |
|
4. |
86,82 |
8,219 |
0,178 |
|
5. |
86,84 |
8,239 |
0,167 |
|
6. |
87,14 |
8,539 |
0,133 |
|
7. |
87,19 |
8,589 |
0,183 |
|
8. |
87,20 |
8,599 |
0,193 |
|
9. |
86,93 |
8,329 |
0,077 |
|
10. |
86,92 |
8,319 |
0,087 |
|
<śr> |
87,007 |
8,406 |
0,1464 |
6,62 |
2.4 Roztwór Y.
LP.
|
βY [ ° ] |
αY = βY - αw [ ° ] |
ΔαY |
cY [ % ] |
|
1. |
92,00 |
13,399 |
0,056 |
||
2. |
92,23 |
13,629 |
0,174 |
||
3. |
92,18 |
13,579 |
0,124 |
||
4. |
92,12 |
13,519 |
0,064 |
||
5. |
91,89 |
13,289 |
0,166 |
||
6. |
91,95 |
13,349 |
0,106 |
||
7. |
91,92 |
13,319 |
0,136 |
||
8. |
92,06 |
13,459 |
0,004 |
||
9. |
91,93 |
13,329 |
0,126 |
||
10. |
92,28 |
13,679 |
0,224 |
||
<śr> |
92,056 |
13,455 |
0,118 |
10,6 |
2.5 Rozwór Z.
LP.
|
βz [ ° ] |
αz = βz - αw [ ° ]
|
Δαz |
cz [ % ] |
|
1. |
102,50 |
23,899 |
0,03 |
||
2. |
102,68 |
24,079 |
0,21 |
||
3. |
102,43 |
23,829 |
0,04 |
||
4. |
102,35 |
23,749 |
0,12 |
||
5. |
102,25 |
23,649 |
0,22 |
||
6. |
102,52 |
23,919 |
0,05 |
||
7. |
102,49 |
23,889 |
0,02 |
||
8. |
102,40 |
23,799 |
0,07 |
||
9. |
102,56 |
23,959 |
0,09 |
||
10. |
102,52 |
23,919 |
0,05 |
||
<śr> |
102,47 |
23,869 |
0,09 |
18,8 |
3. Przykładowe obliczenia.
4. Analiza błędów.
4.1 Roztwór X.
4.2 Roztwór Y.
4.3 Roztwór Z.
5. Uwagi i wnioski.
5.1 Dzięki zastosowaniu kątomierza z noniuszem i szkła powiększjącego do odczytu kąta skręcenia płaszsczyzny polaryzacji pomiary mogły być wykonane z dokładnością do 0,01°.
5.2 Poza wodnym roztworem cukru substancjami aktywnymi optycznie są takie substancje jak : roztwór kwasu winnego , ciała krystaliczne - kwarc , cynober ( siarczek rtęci ) , czyste ciecze - terpentyna , nikotyna.
5.3 W doświadczeniu światło sodowe ( monochromatyczne ) ponieważ współczynnik α0 jest zależny od długości fali świetlnej.
5.4 Błąd systematyczny wprowadzało kontrowanie podziałki kątomierza.