Tomasz Pajączkowski

5.12.2001

Ćwiczenie nr 37.

Temat: Pomiar stężenia cukru za pomocą polarymetru.

1. Tabela zebranych wartości:

0,5	34	23,3	16,5
0,6	32,9	23,2	16,1
0,4	33,2	23,1	16,6
0,5	33,4	23,4	16,2
0,5	33,4	23,2	16,2
0,4	33,9	23,1	16,2
0,5	33,4	23,5	16,0
0,4	33,8	23,2	16,1
0,5	33,6	23,2	16,2
0,6	33,5	23,1	16,3

Wzory :

2. Teoria zjawiska

Polarymetria opiera się na pomiarze kąta skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego przez roztwór substancji oznaczanej.

Liniowo spolaryzowane światło, przy przejściu przez niektóre kryształy oraz roztwory tzw. substancji optycznie czynnych, doznają skręcania płaszczyzny polaryzacji. Dla substancji tych wyprowadza się tzw. skręcalność właściwą [φ] zdefiniowaną wzorem Biota: [φ] = φ/c·l gdzie: c - stężenie roztworu, l - długość drogi promienia w roztworze, φ - kąt skręcania. W praktyce kąt φ mierzymy jako różnicę wskazań φ_c i φ_o analizatora w przypadkach: gdy roztwór o stężeniu c skręca płaszczyznę polaryzacji o kąt φ_c oraz gdy zamiast roztworu na drodze promienia znajduje się czysty rozpuszczalnik, wtedy obserwowany kąt wynosi φ_o. Skręcanie płaszczyzny polaryzacji jest więc równocześnie miarą stężenia roztworu.

Substancje optycznie czynne występują w dwóch postaciach, wykazujących tą samą właściwą zdolność skręcającą [φ], lecz skręcających w przeciwnych kierunkach. Stąd substancje dzielimy na prawo- i lewoskrętne. Kryształy prawo- i lewoskrętne tworzą tzw. odmiany enancjomorficzne ( będące wzajemnym lustrzanym odbiciem ).

W substancjach optycznie czynnych występuje tzw. węgiel asymetryczny, tzn. taki, w którym każda z wartościowości wysycana jest przez inny atom lub grupę atomów. Substancjami optycznie czynnymi są: kwas mlekowy, alkohol amylowy, kwas winny, cukry ( sacharoza, glukoza ) itp., jak również niektóre związki azotu, krzemu i fosforu.

Urządzeniem służącym do pomiaru skręcania płaszczyzny polaryzacji światła w substancjach optycznie czynnych jest polarymetr ( Pokazany schematycznie na poniższym rysunku )

Polarymetr składa się z polaryzatora, przyrządu półcieniowego zmieniającego płaszczyznę części pola widzenia o niewielki kąt ( celem zwiększenia precyzji odczytu - wykorzystując dużą wrażliwość oka na niewielkie nawet różnice oświetlenia poszczególnych części pola widzenia ), rurki zawierającej badaną ciecz lub roztwór, analizatora połączonego z kątomierzem i lunety.

Na skrzyżowane nikole rzucamy światło . Pole widzenia jest podzielone na połowy (jasną i ciemną). Należy wyregulować analizatorem tak aby nie było różnicy pomiędzy polem A i B.

Po wprowadzeniu ciała optycznie czynnego płaszczyzna polaryzacji ulega skręceniu w tym samym kierunku o taki sam kąt w obydwu częściach pola widzenia. Stąd celem ponownego uzyskania równości oświetlenia całego pola widzenia, analizator skręcić musimy o kąt, równy kątowi skręcania płaszczyzny polaryzacji. Przyrząd półcieniowy pozwala odczytać położenie płaszczyzny polaryzacji z dokładnością do 0,1° lub większą.

3. Opis wykonanego ćwiczenia:

Celem powyższego ćwiczenia było wyznaczenie stężenia cukrów przy wykorzystaniu polarymetru. W tym celu najpierw należy wyznaczyć skręcalność właściwą dla oznaczanej substancji. Powyższe wyznaczyłem dokonując pomiaru kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji dla roztworu o danym stężeniu ( 0,1 g/cm³ ). Wartość kąta wyznaczamy z zależności φ = φ_c - φ_o omówionej w punkcie 2. Pomiaru dokonałem w sposób omówiony powyżej.

W sposób analogiczny jak poprzednio wyznaczyłem kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji dla roztworów o nieznanym stężeniu.

Uzyskane wartości zebrałem w powyższej tabeli a następnie na ich podstawie dokonałem poniższych obliczeń i wyciągnąłem końcowe wnioski.

4. Obliczenia do wykonanego ćwiczenia:

A: Średnie wartości kątów w [rad].

Wartości średnie kątów skręcania płaszczyzny polaryzacji wynoszą odpowiednio:

	Wartość średnia kąta
	0,002722 rad
	0,186166 rad
φ1	0,129055 rad
φ2	0,090222 rad

B: dla skręcalności właściwej.

dv/dφH₂O = 1/lc = 0,5 cm²/g dv/dl = -( φH₂O - φ_o )c/(lc)² = -0,00458611 rad·cm/g

dv/dφ_o = -1/lc = -0,5 cm²/g dv/dc = -( φH₂O - φ_o )l/(lc)² = -0,91722222 rad·cm⁵/g

Niepewność całkowita

Wartość skręcalności właściwej:

C: dla stężenia I roztworu

Niepewność całkowita

Stężenie I roztworu:

D: dla stężenia II roztworu

Niepewność całkowita

Stężenie II roztworu:

Końcowe wyniki oznaczenia:

Wartość skręcalności właściwej:

Stężenie I roztworu:

Stężenie II roztworu:

5. Wnioski:

Wyznaczone wartości stężenia dla nieznanych roztworów wynoszą:

c₁ = ( 0,0689 ± 0,0021 ) g/cm³ c₂ = ( 0,0477 ± 0,0021) g/cm³

V - skręcalność właściwa

l - długość kuwety

c - stężenie roztworu

---