BIOFIZYKA

ILOŚCIOWE OZNACZANIE KWASU SOLNEGO METODĄ MIARECZKOWANIA POTENCJOMETRYCZNEGO OROZ OKREŚLANIE WŁAŚCIWOOŚCI BUFOROWYCH GLEB

ELEKTRODA-jest to układ składający się z przewodnika lub półprzewodnika i graniczącego z nim ciekłego przewodnika jonowego (roztwór elektrolitu lub elektrolit stopiony)

Zasadniczy układ do oznaczeń potencjometrycznych składa się z dwóch elektrod:

a)elektroda wskaźnikowa o potencjale zależnym od stężenia oznaczanego jonu

b)elektroda porównawcza o stałym potencjale w warunkach prowadzenia pomiaru

RODZAJE ELEKTROD

a) elektrody wskaźnikowe

-wodorowa

-antymonowa

-chinhydrynowa

-nebrowa

-rtęciowa

-chlorosrebrowa

-wyprowadzające

2. elektrody jonoselektywne (membranowe)

-szklana do oznaczania ph

-szklana do oznaczania innych jonów

-membranowe krystaliczne

-membranowe heterogenne

-membranowe z ciekłym wymieniaczem

-membranowe enzymatyczne

3. elektrody porównawcze

POTENCJAŁ NORMALNY-jest to potencjał występujący na granicy faz metal-roztwór, w którym aktywność jonów wynosi 1 ,a temp.298 K. Przyjęto , że potencjał normalny elektrody wodorowej jest równy 0, a przy tym założeniu można określić potencjał każdego układu w stosunku do elektrody wodorowej. Uporządkowane wg wartości liczbowej normalne potencjały elektrodowe różnych metali tworzą szereg napięciowy metali.

OGNIWO- źródło stałego prądu elektronowego przetwarzającego energię reakcji chemicznych na energię elektryczną.

OGNIWO GALWANICZNE- jest układem, który może wykonać pracę elektryczną kosztem przemian chemicznych lub zmian stężeń. Jest to układ złożony z dwóch różnych elektrod połączonych mostkiem elektrolitycznym. Zadaniem mostka jest zapewnienie przewodnictwa pomiędzy obiema elektrodami.

Ogniwa galwaniczne dzielimy na:

- ogniwo chemiczne- źródłem energii elektronowej w tym typie ogniw jest reakcja chemiczna, która przebiega po zamknięciu obwodu

- ogniwo stężeniowe- źródłem energii są procesy dążące do wyrównania stężeń.

SEM - jest to siła elektromotoryczna, która jest równa różnicy między potencjałami przewodnika przyłączonego do elektrody prawej a potencjałem przewodnika, wykonanego z tego samego metalu dołączonego do elektrody lewej.

Oznaczamy ją dużą literą E i wyraża się wzorem:

E=E*+RT/nF ln E*- potencja³ normalny elektrody

R - stała gazowa

20. temp. w K

n - liczba e biorących udział w reakcji

F - stała Faradaja

Równanie to przedstawia potencjał dowolnej elektrody. Jednak wielkości tej e nie można ani zmierzyć ani obliczyć.

Ale można go wyznaczyć mierząc SEM ogniwa utworzonego z tej elektrody i elektrody porównawczej.

POMIAR SEM -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

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:

1. utworzyć ogniwo z elektrody wskaźnikowej i elektrody porównawczej

2. obydwie elektrody łączymy z potencjometrem i mierzymy siłę SEM

3. znając E oraz pot. elektrody porównawczej obliczamy pot. elektrody wskaźnikowej i następnie aktywność oznaczonych jonów - z wzoru Nernsta.

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

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.

DEFINICJA ph roztworu:

ph roztworu - ujemny logarytm aktywności jonów wodorowych w danym roztworze.

POJEMNOŚĆ BUFOROWA

- jest to ilość kwasu lub zasady w mol/dm3, która zmienia ph w 1 cm3 roztworu o jednostkę.

Jest także miarą zdolności gleby do uzupełniania potasu w roztworze glebowym.

B=dc/dph dc - zmiana stężenia dodawanego mocnego kwasu lub zasady do roztworu buforowego

dph - zmiana ph roztworu

WŁAŚCIWOŚCI BUFOROWE

GLEB

Polegają na zdolności gleb do przeciwstawienia się zmianom odczynu powodowanym dopływem jonów kwaśnych lub zasadowych. Zdolność buforowa jest właściwa mieszaninom składającym się ze słabego kwasu i jego soli z mocną zasadą. W glebach są dwa układy glebowe: - układ węglanowy

-układ sorbcyjny

WYZNACZANIE STĘŻENIA CUKRU METODĄ REFRAKTOMETRYCZNA I POLARYMETRYCZNA

BUDOWA PRYZMATU NIKOLA

Romboedryczny kryształ szpatu islandzkiego, przecięty cięciem poprzecznym przez kąty rozwarte i sklejony balsamem kanadyjskim, którego współczynnik załamania światła ma taką wartość, że promień zwyczajny zostaje w miejscu przecięcia całkowicie odbity i skierowany poza pole widzenia.

Przez pryzmat przechodzi tylko spolaryzowany promień zwyczajny. Balsam kanadyjski jest dla tego promienia ośrodkiem optycznie gęstszym.

Do otrzymania światła spolaryzowanego służą również tzw. polaroidy utworzone z silnie amizotropowego materiału absorbującego promienie światła o wszystkich płaszczyznach z wyjątkiem jednej.

ZJAWISKO SKRĘCENIA PŁASZCZYZNY POLARYZACJI ŚWIATŁA

Polega ono na tym, że jeśli przez pewne ciała przepuszczamy promień światła spolaryzowanego, to płaszczyzna polaryzacji tego promienia ulega skręceniu.

Ciała wykazujące zdolność skręcenia płaszczyzny polaryzacji nazywa się OPTYCZNIE CZYNNYMI, a wszystkie pozostałe - OPTYCZNIE NIECZYNNYMI.

Czynność optyczna jest uwarunkowana dwiema przyczynami:

1. typem budowy przestrzennej kryształu danej substancji

2. specjalną budową przestrzenną cząsteczki substancji

POLARYMETR

jest to przyrząd służący do pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła.

Elementy polarymetru:

1. Lampa sodowa - źródło światła, doprowadza się do niej prąd ze specjalnego zasilacza

2. Dwa pryzmaty Nikola - przez które przechodzi wiązka światła monochromatycznego a) polaryzator - zamocowany nieruchomo. Spełnia rolę urządzenia polaryzującego światło. Spolaryzowane w nim światło przechodzi dalej przez rurkę o znanej długości zamknięta na obydwu końcach szklanymi płytkami. Rurkę napełnia się badaną cieczą lub roztworem

2. analizator - umieszczony za rurką polarymetryczną, ma możliwość obracania się wokół osi poziomej i służy jako analizator kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji.

Kąt obrotu analizatora odczytuje się na skali kołowej wyposażonej w noniusz.

3. Lunetka.

Punktem zerowym skali jest taka pozycja, przy której obserwuje się maksymalną przepuszczalność światła. Analizator jest wtedy ustawiony tak, że płaszczyzna drgań światła, jakie on przepuszcza jest taka sama, jak płaszczyzna drgań światła wychodzącego z polaryzatora.

Obydwa nikole są wtedy” równoległe”. Przy skręceniu analizatora o kąt 90 światło nie może przechodzić przez niego i w lunetce za analizatorem jest ciemno. W tym położeniu obydwa nikole są „skrzyżowane. Jest tak wówczas, gdy rurka polarymetryczna nie zawiera substancji optycznie czynnej.

Pole widzenia w okularze jest podzielone na 3 pionowe części, które mogą być:

1. jednakowo i maksymalnie zacienione

2. maksymalnie i jednakowo rozjaśnione

3. boczne ciemne, środkowo jasne

4. boczne jasne, środkowe ciemne

Kiedy pole jest jasne, to nikole są równoległe a kiedy ciemne - skrzyżowane.

W polarymetrach stosuje się światło monochromatyczne o ustalonej długości fal, gdyż skręcalność substancji optycznie czynnych zależy od długości fal i użycie światła białego wywołałoby efekt dyspersji rotacyjnej.

Najczęściej jest to światło lampy sodowej.

Odmianą polarymetru jest tzw. sacharymetr - służy do badań sacharozy i kilku podobnych cukrów, jest wyskalowany w stężeniach procentowych sacharozy. Zaletą sacharymetru jest możliwość stosowanie w nim światła białego.

KĄT SKRĘCENIA PŁASZCZYZNY POLARYZACJI ŚWIATŁA

Wartość kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji, odczytana na skali polarymetru zależy od:

1) liczby cząstek substancji optycznie czynnej, na które trafia wiązka światła spolaryzowanego

2. indywidualnych cech danej substancji. Reprezentuje je tzw. skręcalność właściwa.

Liczba cząstek substancji zależy od:

- długości rurki ( grubość warstwy ) polarymetrycznej

- stężenia ( w przypadku roztworów )

WZÓR na wartość kąta skręcenia:

K - współczynnik proporcjonalności zależy od zastosowanych jednostek

l - długość rurki polarymetrycznej

c - stężenie substancji optycznie czynnej

- skręcalność właściwa

Indeksy „D” i „20” przy skręcalności właściwej oznaczają, że została ona oznaczona przy użyciu światła lampy sodowej oraz w temp. 292 K ( 20 C ).

SKRĘCALNOŚĆ WŁAŚCIWA

Jest to kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji światła wywołany przez ustaloną ilość substancji optycznie czynnej, a mianowicie: a) w przypadku cieczy - gdy wypełnia ona rurkę o długości 1 dm

2. w przypadku roztworu - gdy roztwór o stężeniu 1 g substancji w 1 ml wypełnia rurkę o dł. 1 dm

2. w przypadku ciała stałego - gdy grubość warstwy kryształu wynosi 1mm

REFRAKTOMETRIA

ZAŁAMANIE ŚWIATŁA

Promień świetlny padając pod pewnym kątem na płaską granicę różnych ośrodków przezroczystych częściowo odbija się, częściowo zaś wnika do ośrodka drugiego zmieniając przy tym swój pierwotny kierunek, czyli załamując się.

Ośr. I

Ośr. II

Rys.

Przejście prom. z ośr. optycznie

rzadszego ( I ) do ośr. optycznie

gęstszego ( II ).

Zjawisko to związane jest ze zmianą prędkości rozchodzenia się promieni świetlnych w różnych ośrodkach.

KĄT PADANIA - kąt pomiędzy promieniem padającym a prostą prostopadłą do płaszczyzny rozgraniczającej obydwa ośrodki.

Analogicznie kąty dla promienia odbitego i załamanego nazywamy kątem odbicia ( ) i załamania ( ).

PRAWA ODBICIA I ZAŁAMANIA

1. Promień padający, odbity i załamany oraz prosta prostopadła do płaszczyzny rozgraniczającej obydwa ośrodki w punkcie padania promienia leżą w jednej płaszczyźnie.

2. Kąt odbicia jest równy kątowi padania.

3. Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest dla danych dwóch ośrodków wielkością stałą, zwaną współczynnikiem załamania światła lub współczynnikiem refrakcji „n”.

Ze zmiana kąta padania zmienia się także kąt załamania , natomiast stosunek sinusów tych kątów dla danej pary ośrodków pozostaje stały.

n - współczynnik załamania wyraża również stosunek dwóch prędkości światła CI i CII w ośrodku I i ośrodku II.

OŚRODEK optycznie gęstszy - ośrodek w którym prędkość ta jest mniejsza.

OŚRODEK optycznie rzadszy - ośrodek w którym prędkość ta jest większa.

Ośrodkiem optycznie najrzadszym jest próżnia. W przypadku, kiedy promień świetlny przenika do jakiegoś ośrodka z próżni, stosunek: sin alfa do sin beta wyraża bezwględny współczynnik załamania i oznaczany symbolem „ nabs” lub „N”

sin alfa C w próżni

= nabs = N =

sin bata C w danym ośrodku

W praktyce mierzy się współczynnik załamania, gdy światło przechodzi do badanego ośrodka z powietrza ( npow )

którego własności optyczne tylko nieznacznie różnią się od własności próżńi.

KĄT GRANICZNY

Jeżeli promienie świetlne biegnąc z ośr. optycznie rzadszego do ośr. optycznie gęstszego padną na płaszczyznę rozgraniczająca te dwa ośrodki pod kątem niemal równym 90 , wówczas ulegną załamaniu pod pewnym kątem . Kat ten nosi nazwę kąta granicznego i stanowi rozgraniczenie między częścią oświetlona a nieoświetloną ośrodka optycznie gęstszego.

W przypadku biegu promieni z ośrodka optycznie gęstszego do ośr. optycznie rzadszego, katem granicznym nazywamy taki kąt padania w ośr. optycznie gęstszym, dla którego kąt załamania w ośr. optycznie rzadszym wynosi 90 .

Po przekroczeniu kąta granicznego promienie świetlne nie przenikają do ośrodka optycznie rzadszego lecz ulegają odbiciu. Zjawisko to nosi nazwę całkowitego wewnętrznego odbicia.

WNNIOSEK: pomiar kąta granicznego pozwala na obliczenie współczynnika załamania światła danego ośrodka.

WSPÓŁCZYNNIK REFRAKCJI

- stosunek szybkości rozchodzenia się fal świetlnych w próżni ( Vp ) do szybkości w danym ośrodku optycznym ( V ). Vp

n =

V

Współczynnik - wielkość stała, charakterystyczna dla danej substancji przy określonej długości fali świetlnej w określonej temperaturze, zależy od długości fali.

Wykres zależności współczynnika n od długości fali nazywa się DYSPERSJĄ REFRAKCJI.

Wraz ze zwiększeniem częstości, czyli przy zmniejszającej się długości fali zwiększa się wartość „n”.

Taką zależność obserwuje się w świetle widzialnym - normalna dyspersja refrakcji - dyspersja o odwrotnym przebiegu to dyspersja anormalna.

REFRAKTOMETR

Jest to przyrząd do pomiarów współczynnika załamania światła. Najbardziej popularne są refraktometry: Abbego, zanurzeniowe, Pulfricka, typ RL.

Podstawą części refraktometru Abbego są dwa prostokątne pryzmaty P1 i P2 wykonane ze szkła flintowego, a więc szkła o dużym współczynniku załamania. Między te dwa pryzmaty wprowadzamy kilka kropel badanej cieczy, której współczynnik załamania powinien być mniejszy od współczynnika załamania szkła flintowego.

REFRAKCJA WŁAŚCIWA I MOLOWA

Współczynnik załamania światła substancji jest ściśle związany z jej gęstością. Zwiększenie gęstości substancji, które może zachodzić w gazach wskutek zwiększenia ciśnienia lub w ciałach stałych wskutek rekrystalizacji prowadzi do wzrostu współczynnika załamania światła.

Związek między współczynnikiem załamania, a gęstością ( d ) może być wyrazony jako:

f (n)= r * d

r - współczynnik proporcjonalności ( refrakcja właściwa )

n2 -1

f (n) =

n2 = 2 wówczas n2 - 1

= r * d , stąd n2 - 1 1 m3

n2 + 2 r = *

n2 + 2 d kg

Jeżeli refrakcje właściwą ( r ) pomnożymy przez masę molową substancji ( M. ), to otrzymamy wartość refrakcji molowej R

n2 - 1 M m3

R = *

n2 + 2 d mol

Refrakcja właściwa i molowa są to refrakcje współczynnika załamania światła substancji n i jej gęstości d , mierzonych w tej samej temp. Nie zależą natomiast od warunków zewnętrznych: temp., ciśnienia i stanu skupienia substancji.

POLARYZACJA ŚWIATŁA - całkowite lub częściowe uporządkowanie drgań fali świetlnej, może zachodzić przy odbiciu na granicy dwóch ośrodków, przy rozchodzeniu się światła w ośrodkach amizotropowych przy rozproszeniu światła.

Polaryzacja światła może być:

1. liniowa - kiedy kierunek drgań we wszystkich punktach wzdłuż fali jest jednakowy

2. eliptyczna - kiedy koniec drgań zakreśla w przestrzeni eliptyczną linię śrubową

3. kołowe - zakreśla kołowa linię śrubową

FALA SPOLARYZOWANA - wynik nakładania dwóch fal takiej samej długości spolaryzowanych liniowo w kierunkach wzajemnie prostopadłych.

Sebastian Słowiński

WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA WODY I CIEPŁA TOPNIENIA LODU

ENTALPIA

Wielkość termodynamiczna określająca stan termodynamiczny układu, jest równa sumie energii wewnętrznej układu oraz iloczynowi jego objętości i ciśnienia.

Zmiana entalpii przy stałym ciśnieniu jest miarą ilości ciepła wymienionego przez układ z otoczeniem.

H = U + p. * v

p. - ciśnienie układu

v - objętość układu

U - energia wewnętrzna układu

PRAWO HESSA

Efekt cieplny przemiany izochorycznej albo izobarycznej zależy jedynie od stanu początkowego i końcowego układu, a nie zależy od ewentualnej liczby i rodzaju etapów pośrednich w jakich układ został przeprowadzony od stanu początkowego do stanu końcowego.

Wszystkie etapy pośrednie musza być, odpowiednio - albo izochoryczne albo izobaryczne.

ZNACZENIE PRAWA HESSA

Prawo Hessa ma duże znaczenie praktyczne. Pozwala ono na obliczenie efektu cieplnego reakcji chemicznej - trudnej lub niemożliwej do przeprowadzenia w sposób bezpośredni, na podstawie sumowania efektów cieplnych kolejnych reakcji pośrednich.

JEDNOSTKA CIEPŁA W UKŁADZIE SI

J = N * m.

N = Kg * m/s2

J = Kg * m.2 / s2

Wielkości i jednostki cieplne

• różnica temp. T wyrażona w K

• ilość ciepła Q wyrażona w J

• pojemność cieplna C wyrażona w J / K

• ciepło właściwe Cv wyrażone w J / Kg * K

PAROWANIE

Zjawisko polegające na przejściu substancji ze stanu ciekłego w stan lotny pod wpływem pobrania energii z otoczenia ( do wyparowania 1g wody o temp.0 C potrzeba 597 cal. )

CIEPŁO PAROWANIA

Jest to stosunek ilości ciepła, które należy dostarczyć cieczy, aby przeszła w parę o tej samej temp., do masy tej cieczy.

Ciepło parowania zależy od temp., w której paruje ciecz. W miarę wzrostu temp. ciepło parowania maleje.

Q J

R =

m Kg

Q - ciepło dostarczane cieczy

m- masa cieczy

TOPNIENIE

Zjawisko polegające na przejściu substancji ze stanu stałego w stan ciekły pod wpływem dostarczonego ciepła.

CIEPŁO TOPNIENIA

Jest to stosunek ilości ciepła pobranego z otoczenia podczas topnienia substancji bez zmiany jej temp. do masy tej substancji. Q J

L =

m. Kg

Q - ciepło dostarczane substancji

m. - masa substancji

SKRAPLANIE

Zjawisko polegające na przejściu substancji ze stanu lotnego w ciekły.

CIEPŁO SKRAPLANIA

Jest to stosunek ilości ciepła oddanego do otoczenia podczas skraplania pary w ciecz o tej samej temp. do masy pary ( 1g wody - 600 cal. )

SUBSTANCJA KRYSTALICZNA

Ciało w stałym stanie skupienia, atomy ułożone w sposób uporządkowany tworzą sieć krystaliczną.

W zależności od warunków krystalizacji ciała te mogą tworzyć monokryształy lub ciała polikrystaliczne.

Substancje krystaliczne posiadają wyraźnie zaznaczoną temp. topnienia przy przejściu ze stanu stałego w stan ciekły.

SUBSTANCJA BEZPOSTACIOWA

Charakteryzuje się uporządkowaniem bliskiego zasięgu, atomy położone blisko siebie są uporządkowane, brak uporządkowania atomów typowych dla kryształów.

Substancje te nie posiadają określonej temp. W miarę dostarczania energii staja się one coraz bardziej plastyczne, w sposób ciągły przechodzą w ciecz.

CIEPŁO UTAJONE

Jest to ilość ciepła potrzebna do zmiany stanu skupienia substancji bez zmiany jej temp. ( ciepło, które dopływa nie powoduje wzrostu temp. )

CIEPŁO WŁAŚCIWE

Jest to stosunek pojemności cieplnej substancji do jej masy.

Q

C = J/Kg K , cal/ g C

m. * ^T

Q - ilość energii potrzebna do zmiany temp. ciała o T

13. - masa ciała ogrzanego

Zależy od:

• rodzaju substancji

• jej fazy

• temp.

• sposobu ogrzania

PRZEMIANA IZOTERMICZNA

Proces termodynamiczny, podczas którego temp. układu nie ulega zmianie, np. przemiany fazowe: topnienie

parowanie

PRZEMIANA IZOCHORUCZNA

Proces termodynamiczny, podczas którego układ nie zmienia objętości, np. reakcja chemiczna zachodząca w gazach w zamkniętym naczyniu - prawo Charlesa.

PRZEMIANA IZOBARYCZNA

Proces termodynamiczny, podczas którego ciśnienie nie ulega zmianie w gazie doskonałym - prawo Gay - Lussaca.

WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA WODY METODĄ KALORYMETRYCZNĄ.

Metoda ta polega na pomiarze ciepła skraplania.

Wprowadza się parę wrzącej wody - pod ciśnieniem atmosferycznym - do określonej ilości wody zimnej o masie

mw i o temp. początkowej t1

Woda zimna znajduje się w metalowym kalorymetrze o masie mk ( naczynie wewnętrzne ) lub termosie o pojemności cieplnej W

Następuje proces skraplania, w czasie którego para wodna o masie mp i o temp. 100 C zamienia się w wodę o tej samej temp., oddając ilość ciepła Q1 = mpqs ( qs - ciepło skraplania = ciepło parowania qp)

Woda powstała z pary ochładza się w dalszym ciągu do temp. końcowej t2 kalorymetru oddając ciepło

Q2 =mpCw (100 C - t2)

Całkowite ciepło Q0 oddane przez skroploną parę jest równe

Q1 + Q2 = mpqs + mpCw (100 c - t2)

Ciepło oddane przez parę pobiera chłodna woda w kalorymetrze i naczynie kalorymetryczne.

W takim razie ciepło pobrane wyrażone jest przez równanie

Qp = ( mwCw + mkCk )(t2 - t1)

Ponieważ ciepło oddane Q0 równa się ciepłu pobranemu Qp, otrzymujemy w ten sposób wzór na ciepło skraplania:

(mwCw + W)(t2 -t1) -mpCw(100 C - t2)

qs =

mp

qs - ciepło skraplania

mw - masa wody zimnej

W - pojemność cieplna W = mkCk

t2 - temp. końcowa

t1 - temp. początkowa

mp - masa pary wodnej

WYZNACZANIE CIEPLA TOPNIENIA LODU METODĄ KALORYMETRYCZNĄ

Określoną masę m1 lodu topniejącego, a więc o temp. t = 0 C wrzucamy do wody w kalorymetrze o temp. t1

Następuje wymiana ciepła: lód pobiera ciepło od wody, woda i kalorymetr ciepło oddają - ustala się temp. końcowa t2

Ciepło pobrane Qp określa wzór:

Qp = m1qt + m1Cw(t2 - 0)

Ciepło oddane Q0 przez wodę o masie mw i przez kalorymetr o masie mk wyraża równanie:

Q0 = (mwCw + mkCk)(t1 - t2)

Jeżeli nieznane jest ciepło właściwe kalorymetru Ck to do równania zamiast iloczynu mkCk wstawiamy W.

Otrzymujemy wzór na ciepło topnienia lodu:

(mwCw + mkCk)(t1 - t2)

qt = - Cwt2

m1

qt =ciepło topnienia lodu

mw - masa wody

Cw - ciepło właściwe wody

mk - masa kalorymetru

Ck - ciepło właściwe kalorymetru

t1 - temp. początkowa

t2 - temp. końcowa

m1 - masa kodu topniejącego

KRZYWA OGRZEWANIA SUBSTANCJI KRYSTALICZNEJ I TOPNIENIA CIAŁA KRYSTALICZNEGO

t

b

tt A B

tt

tt - temp. topnienia

AB - próg topnienia

Jeśli ciało stałe, krystaliczne ogrzewamy, to temp. jego początkowo wzrasta, aż do temp. topnienia tt.

Dalsze ogrzewanie ciała nie powoduje wzrostu jego temp. powoduje natomiast jego stopniowe topnienie, aż do chwili, gdy cała masa ciała stałego przejdzie w ciecz.

Poczynając od tej chwili (stale doprowadzając ciepło) obserwuje się wzrost temp. cieczy powstałej ze stopnienia ciała stałego.

Przebieg zmian temp. w procesie ogrzewania na wykresie cechuje tzw. próg topnienia AB, któremu odpowiada pewna ilość ciepła - zwanego CIEPŁEM TOPNIENIA - potrzebnego na przeprowadzenie ciała ze stanu stałego w stan ciekły.

UKŁAD ZAMKNIĘTY ( izolowany )

Nie wymienia z otoczeniem ani masy ani energii

ENERGIA WEWNĘTRZNA UKŁADU

Suma energii wszystkich cząsteczek w układzie, zmniejsza się w miarę obniżania temp.

REAKCJA EGZOTERMICZNA

Rodzaj reakcji energetycznej podczas której układ reagujący oddaje do otoczenia pewną ilość energii cieplnej, reakcja, której towarzyszy wydzielanie ciepła np. reakcja spalania.

REAKCJA ENDOTERMICZNA

Rodzaj reakcji energetycznej, podczas której należy doprowadzić do układu pewną ilość energii w postaci energii cieplnej, reakcja przebiegająca z pobraniem ciepła, np. rozkład tlenku rtęci HgO na pierwiastki.

WYPROWADZENIE WZORU NA CIEPŁO TOPNIENIA

Qp = m1qt + m1Cw(t2 - 0)

Qo = (mwCw + mk Ck)(t1 - t2)

Qp = Qo

m1qt + m1Cwt2 = (mwCw + mkCk)(t1 - t2)

m1qt = (mwCw + mkCk)(t1 - t2) - m1Cwt2

(mwCw + mkCk)(t1 - t2)

qt = - Cwt2

m1

WPŁYW TEMPERATURY NA LEPKOŚĆ WODNYCH ROZTWORÓW GLICERYNY

Jedną z charakterystycznych cech cieczy jest ich lepkość. Przyczyną lepkości są siły przyciągania i odpychania międzycząsteczkowego. Oddziaływania międzycząsteczkowe występujące w cieczach, wywołują opór przeciwko sile oddziałującej z zewnątrz. Wskutek takiego oporu w czasie przepływu cieczy obserwujemy zróżnicowanie prędkości jej wzrostu, od prędkości zerowej, do prędkości maksymalnej.

Lepkość zależy od szeregu parametrów takich jak: temperatura, ciśnienie, stężenie cieczy, właściwości cząsteczek itp. Warunkiem koniecznym do przeprowadzenia pomiarów lepkości jak i sprawdzenia jej zależności od powyższych parametrów jest laminarny (warstwowy) przepływ cieczy - O takim ruchu mówimy, gdy warstwy cieczy poruszają się z różnymi prędkościami w kierunku równoległym do głównego kierunku ruchu.

Przy takim przepływie cieczy występuje siła tarcia wewnętrznego (starająca się wyrównać prędkość przepływu poszczególnych warstw.

Zgodnie z prawem Newtona siłę tę można wyrazić równaniem:

dv

F = n * s

dx

s - powierzchnia przesuwającej się warstwy

dv/dx - gradient szybkości

n - współczynnik proporcjonalności związany z oporem

stawianym przez różne warstwy cieczy tzw.

współczynnikiem lepkości - lepkość

Wielkością pochodną jest odwrotność lepkości - płynność

LEPKOŚĆ - jest to siła, którą należy przyłożyć do 1 cm² powierzchni wewnątrz cieczy po to, aby nadać jej szybkość

1 cm/s w stosunku do równoległej do niej warstwy, odległej o 1 cm, lub jest to opór warstwy cieczy o powierzchni jednostkowej skierowany przeciwko jednostkowemu gradientowi szybkości.

W układzie SI jednostką lepkości jest:

N m

n = * = Ns/ m²

m² m/s

Rozróżniamy dwa rodzaje lepkości:

DYNAMICZNA (wyżej opisana)

KINETYCZNA , która jest stosunkiem lepkości dynamicznej do gęstości badanej cieczy. Jednostką jest 1 stokes.

Dla czystych cieczy lepkość w danej temp. jest wielkością stałą i charakterystyczną, nosi nazwę: lepkość bezwględna.

Doświadczalne oznaczania tej lepkości są trudne, dlatego też dla większości cieczy określamy jej wartość względną - mierzoną stosunkiem lepkości cieczy badanej do lepkości cieczy obranej za wzorzec porównawczy (najczęściej wody)

Zależność lepkości cieczy od parametrów zewnętrznych, np. temp. i ciśnienia, jest związana z ich wpływem na oddziaływanie międzycząsteczkowe.

WZROST TEMPERATURY cieczy powoduje wzrost energii kinetycznej cząsteczki, a cząsteczki o zwiększonej energii łatwiej pokonują siły przyciągania cząsteczek sąsiednich, stąd też ze wzrostem temp. poza nielicznymi wyjątkami, lepkość cieczy maleje. ( Przeciwnie w przypadku gazów - wartość n wzrasta )

Istnieje wzór Arrheniusa-Guzmana gdzie:

n = A * e ^RT

Po zlogarytmowaniu wyrażenia i zamianie logarytmu naturalnego na dziesiętny otrzymamy:

B

lg n = lg A +

2,303 RT

gdzie:

n - lepkość cieczy

A,B - stałe charakterystyczne dla danej cieczy

R - stała gazowa

T - temp. w stopniach K

Zwiększenie ciśnienia, nawet przy małej ściśliwości cieczy, powoduje zmniejszenie średnich długości pomiędzy cząsteczkami i w efekcie zwiększenie lepkości.

Lepkość roztworów jest inna niż lepkość czystych cieczy.

Ciekawym przypadkiem jest lepkość roztworów koloidalnych. Jest ona z reguły większa niż lepkość fazy rozpuszczającej - rozpuszczalnika.

Lepkość takich roztworów opisuje wzór Einsteina:

n = no |1 + K q |

no - lepkość czystej fazy rozpuszczającej

q - charakteryzuje tę część objętości, którą zajmują cząstki fazy rozproszonej

K - stała przyjmująca wartości zależne od rodzaju cząstek

Równanie Einsteina dla roztworów rozcieńczonych:

n

= 1 + K * q

no

n

- 1 = K * q

no

n - no

= K * q

no

gdzie: n

- lepkość względna

no

n - n

n wł = lepkość właściwa = istotna

no

Lepkość właściwa = istotna - wyraża ona względny przyrost lepkości roztworu w stosunku do czystego rozpuszczalnika. Lepkość właściwa praktycznie nie zależy od rozpuszczalnika i w niewielkim stopniu od temp.

METODY POMIARU LEPKOŚCI

Najczęściej spotykane metody można podzielić na dwie grupy:

A - metody oparte na pomiarze szybkości wypływu cieczy z rurek kapilarnych

B - metody oparte na pomiarze szybkości opadania kulek w ośrodku ciekłym

A Metoda oparta na pomiarze szybkości wypływu cieczy pod wpływem różnicyciśnień | p.| panującej na obu końcach rurki kapilarnej. W warunkach takiego wypływu lepkości cieczy badanej zależy od szeregu parametrów, które ujmuje wzór Poiseuille'a:

IIr⁴ * p. * t

v =

8 * n * l

gdzie:

v - objętość przepływającej cieczy

t - czas przepływu

l - długość rurki kapilarnej

r - promień rurki kapilarnej

16. -różnica ciśnień na obydwu końcach rurki

Ze wzoru jeśli znamy wartości pozostałych wielkości możemy obliczyć n

IIr⁴ * p.* t

n =

8 * v * l

W przypadku gdy ciecz wypływa z rurki pod działaniem własnego ciężaru, przy czym poziom jest mierzony w stosunku do poziomu wylotu rurki kapilarnej oblicza się z hn do h2 to do wzoru wyżej wymienionego możemy podstawić średnią wartość p. obliczoną:

hn - h2

p. = * d * g

2

gdzie:

d - gęstość cieczy

g - przyśpieszenie ziemskie

wiêc: IIr⁴ * t hn - h2

n = * * d * g

8 * v * l 2

Tę metodę pomiaru możemy zastosować używając do tego wiskozymetru Oswalda

B Metoda oparta na pomiarze szybkości opadania kulki w cieczy badanej.

Jeżeli kulka porusza się w badanej cieczy ze stałą jednostajną szybkością, to opór jakiego doznaje wskutek tarcia wewnętrznego cieczy można w myśl prawa Stokesa wyrazić równaniem:

F = 6 IIr * n * v

gdzie:

r - promień

n - lepkość

v - prędkość opadania kulki

Podczas opadania kulki w ośrodku badanym, na kulkę działają trzy siły:

Q - ciężar kulki

A - siła wyporu (parcie cieczy)

F - siła tarcia wewnętrznego

Ciało zanurzone w cieczy ulega parciu ku górze = ciężarowi cieczy w objętości czyli parcie cieczy - ciężar wypartej przez kulkę objętości cieczy

A = 3⁴ IIr³ * dc * g

gdzie:

r - promień kulki

dc -gęstość cieczy

g przyśpieszenie ziemskie

Siła ciężkości działająca w dół =ciężarowi Q pomniejszonemu o parcie A

17. A=3⁴ IIr³/dk-dc/g

Kulka doznaje tak długo przyśpieszenia, jak długo siła ciężkości przewyższa tarcie wewnętrzne cieczy. Gdy te siły zrównają się, kulka spada ze stałą prędkością v, opór F=Q - A

3⁴IIr³/dk-dc/g=6IIr * n * v

gdzie:

dk - gęstość kulki

dc - gęstość cieczy

Jeżeli prędkość opadania kulki wyrazimy stosunkiem drogi S przebytej przez kulkę w czasie t |v= s/ t| to po przekształceniu równania mamy: 2 r² g

n = K / dk - dc / t , przy czym K=

g s

gdzie: K - stała kulki ujmująca wszystkie wielkości charakterystyczne.

Pomiar szybkości spadającej kulki pozwala zatem na obliczenie lepkości badanej cieczy. Pomiar lepkości tą metodą przeprowadza się najczęściej w wiskozymetrze Hopplera.

Metoda A jest prostsza i częściej stosowana, natomiast metoda B jest bardziej dokładna.

SPEKTOFOTOMETRIA W ULTRAFIOLECIE

Różne substancje mogą pochłaniać promieniowanie o różnej długości fal. Jeśli substancje pochłaniają fale o tej samej długości to jedna z nich pochłania bardziej intensywnie, a druga zaś mniej. Przy wykorzystaniu zjawiska pochłaniania światła do oznaczenia takiej, czy innej substancji należy wiedzieć, czy pochłania ono promieniowanie świetlne, o jakich długościach fal i z jaką intensywnością. Powstaje pytanie, w jaki sposób dane te uzyskać?

W procesie pochłaniania biorą udział dwa czynniki:

1. czynnik pochłaniający - np. ciecz, ciała stałe o szczególnej strukturze

2. czynnik pochłaniany - np. gaz, dźwięk, fale elektromagnetyczne

Czynnik pochłaniany może gromadzić się w całej objętości czynnika pochłaniającego. Tak pochłaniane są: różne gazy w cieczach, np. amoniak w wodzie. Pochłanianie całą objętością to ABSORPCJA.

Wiązka światła przechodząca przez roztwór substancji pochłaniającej jest także pochłaniana całą objętością roztworu i dlatego mówi się o ABSORPCJI ŚWIATŁA.

Natężenie wiązki światła padającego na ośrodek natężony ulega zmniejszeniu na skutek absorpcji światła przechodzącego przez ten ośrodek, a także rozproszeniu i odbiciu na granicy dwóch ośrodków. Pomiędzy tymi wielkościami istnieje zależność:

Io = Iod + Iroz + Iab + Ip

Io - natężenie światła padającego

Iod - odbitego

Iroz - rozproszonego

Iab - absorbowanego

Ip - przechodzącego

PODSTAWOWE PRAWA ABSORPCJI

PRAWO LAMBERTA

Jeżeli wiązka promieniowania monochromatycznego przechodzi przez jednorodny ośrodek absorbujący, to wartość absorpcji jest proporcjonalna do grubości warstwy absorpcyjnej.

Prawo to można wyrazić następującym równaniem:

Io

A = lg = k * l

It

A - wartość absorpcji

Io - natężenie prom. przed wejściem do roztworu

It - natężenie prom. po wejściu przez otwartą

warstwę roztworu o grubości l

k - współczynnik absorpcji równy liczbowo wartości

absorpcji związanej z przejściem wiązki promieniowania

przez warstwę absorbującą o grubości jednostkowej.

PRAWO BEERA

Współczynnik absorpcji jest proporcjonalny do stężenia roztworu substancji absorbującej.

K = E * C

K - współczynnik absorpcji

C - stężenie roztworu substancji absorbującej

E - współczynnik modelowy

Jeżeli K wstawimy do poprzedniego wzoru (równania) to otrzymamy wyrażenie:

Io

A = lg = E * C * l

It

O ile stężenie wyrażone jest:

w mol/dm³ - to E jest molowym współczynnikiem absorpcji

w g/ dm³ - to mówimy o właściwym współczynniku absorpcji

Równanie A = E * C * l jest matematycznym sformułowaniem prawa Lamberta - Beera, ujmuje bowiem łączenie zależności wyrażone przez obydwu uczonych.

PRAWO LAMBERTA - BEERA

Współczynnik absorpcji jest proporcjonalny do iloczynu stężenia roztworu i grubości warstwy absorpcji.

K = E * C

A = E * C * l

It = Io * 10^{-l *C * E}

^E - molowy wsp. absorpcji

^C - stężenie ( mol * dm^-3)

^l - grubość warstwy roztworu

Odstępstwa od prawa Lamberta - Beera:

w zakresie niskich stężeń następuje dysocjacja związków

w zakresie wysokich stężeń następuje łączenie cząstek (agregacja) w bimery, trimery i pozornie zmniejsza się stężenie

PRAWA PROMIENIOWANIA

Charakterystyczny rozkład widmowy promieniowania termicznego można wyjaśnić w oparciu o teorię Plancka mówiącą o kwantowym charakterze tego promieniowania.

Prawo promieniowania można uzasadnić przy założeniu, że oscylator liniowy wysyłający promieniowanie o częstości v może wysyłać lub pochłaniać ilość energii, będącą całkowitą wielokrotnością elementarnego kwantu hv, gdzie h oznacza stałą Plancka.

Prawo promieniowania PLANCKA

Prawo rozkładu energii w widmie promieniowania ciała doskonale czarnego; w przedziale cząstek v, v+dv natężenie promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez ciało doskonale czarne o temp. T jest równe:

2h v³

E ( v, T ) = =

C² exp(hv/KT) -1

K - stała Boltzmana

h - stała Plancka h = 6,6256*10^-34J*S

C - prędkość światła w próżni

Prawo Wiena

Prawo rozkładu energii w widmie promieniowania ciała doskonale czarnego; iloczyn z temp. bezwględnej (w Kelwinach), i długości fali, na którą przypada maksimum promieniowania, jest wartością stałą:

max*T = C = constans

C = 2,9*10^-3 m. * k

Prawo Stefana Boltzmanna

Całkowita zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego jest proporcjonalna do 4 potęgi temperatury wyrażonej w Kelwinach

Prawo Kirchoffa

Prawo zrównoważonego promieniowania temperaturowego.

Stosunek zdolności emisyjnej ciała do jego zdolności absorpcyjnej nie zależy od rodzaju ciała i jest równy zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego; a więc im silniej ciało absorbuje, tym silniej emituje promieniowanie o tej samej długości fal.

PRAWO ADDYTYWNOŚCI ABSORBANCJI

-dotyczy roztworów i mieszanin wieloskładnikowych i mówi, że absorbancja układu równa jest sumie absorbancji poszczególnych składników

A = Ai = ( C1 + C2 + …) l

( brak oddziaływań między składnikami układu)

ODSTĘPSTWA OD PRAW ABSORPCJI

Jeżeli układ zachowuje zgodność z prawem Beera, to wyrazem graficznym zależności między wartością absorpcji A i stężenia roztworu jest linia prosta przechodząca przez początek układu współrzędnych ( krzywa I ), Krzywe typu II i III wskazują na odchylenia układu w danych warunkach od prawa Beera.

A

III I

II Krzywa A = f (c )

C

Powodem odstępstw od prawa Beera mogą być:

I ) Przyczyny chemiczne:

ze zmianą stężenia składników w badanym układzie zachodzą zmiany stanu równowagi w wyniku czego może się zmienić barwa roztworu.

przeważnie nie spełniają prawa Beera układy, w których zachodzi stopniowe tworzenie się kompleksów, ponieważ skład ilościowy poszczególnych kompleksów w roztworze zależy od stężeń reagentów i pH środowiska.

II ) Przyczyny fizyczne

niechromatyczność promieniowania. Współczynnik absorpcji E zależy w sposób istotny od monochromatyczności promieniowania - im długość fal wiązki monochromatycznej mają mniejszą szerokość spektralną tym zależność A = f ( c ) jest bliższa prawu Beera

niedostateczna czułość różnych detetkorów, a także niehomogeniczne (mętne) środowisko optyczne.

STAN PODSTAWOWY

Stan o najmniejszej wartości energii n = 1; E1 = -13,6 el Jeżeli elektron znajduje się na najniższej z możliwych orbit, to energia atomu jest najmniejsza.

STAN WZBUDZONY

są to wszystkie pozostałe stany o wartości energii wyższej niż stan podstawowy.

Jeżeli zastaje dostarczona z zewnątrz energia to elektron zostaje przemieszczony na wyższą orbitę; atom może przechodzić w stan wzbudzony w wyniku pochłonięcia kwantu promieniowania lub w wyniku zderzenia.

Cząstka znajdująca się w stanie podstawowym na skutek absorpcji energii w wyniku zderzenia się z inną cząstką przechodzi do któregoś ze stanów wzbudzonych, kolejne zderzenia może spowodować powrót do stanu podstawowego, któremu towarzyszy wypromieniowanie nadmiaru energii.

PROMIENIOWANIE MONOCHROMATYCZNE

Promieniowanie o określonej długości fali ( częstościach, liczbach falowych ), jednorodne nie dające się rozłożyć pryzmatem na części składowe

PROMIENIOWANIE POLICHROMATYCZNE

Promieniowanie o różnych długościach fali ( częstościach, liczbach falowych ).

ABSORPCJA

Proces zachodzący podczas zetknięcia gazu z cieczą lub ciałem stałym, polegający na pochłanianiu gazu i równomiernym rozprowadzeniu go po całej masie absorbantu.

Absorpcja polega na pochłanianiu całą objętością energii promieniowania:

1. elektromagnetycznego - w zakresie widzialnym VIS ,ultrafioletu UV lub podczerwieni IR

2. korpuskularnego ( lub sprężystego ) - przez ośrodek, przez który to promieniowanie przechodzi.

Absorpcja polega na zmianie całej lub części energii promieniowania na inne rodzaje energii, w wyniku oddziaływania promieniowania z ośrodkiem.

ABSORPCJA PROMIENIOWANIA

to pochłanianie promieniowania elektromagnetycznego przez daną materię

Io

Ia It

Ir

Io = It + Ia + Ir Ir < Ia , It

Io = It + Ia l - grubość warstwy

It = Io * 10^-Kl K - współczynnik absorbancji

Wiązka pada na substancję, część zostaje zaabsorbowana, część rozproszona, a część przepuszczona.

ABSORBANCJA

(wielkość, która określa ilość promieniowania zaabsorbowanego)

Służy do ilościowego pomiaru intensywności pochłaniania światła.

Jeżeli wiązkę światła przepuścić przez warstwę roztworu substancji pochłaniającej światło to po przejściu natężenie wiązki spadnie do wartości I1

Wzór absorbancji :

log 1/T = A = log Io / I1

A - zawsze dodatnie i tym większa im mniejsza jest wartość I

Io - natężenie światła padającego

I1 - natężenie światła po przejściu przez roztwór

TRANSMITACJA

wielkość, która określa ilość promieniowania przepuszczonego.

Stosunek, który wykazuje jaka część promieniowania padającego zostaje przepuszczona przez ośrodek absorbujący. Wartość ta podawana jest w % zgodnie ze wzorem

It

T = *100%

Io

It

= 10^{-l * c * E} = T

Io

WIDMO ABSORPCJI

- zależność pomiędzy ilością promieniowania absorbowanego przez cząstkę a długością fali.

- widmo światła pochłaniającego przez daną substancję

- w obszarze widzialnym ma postać ciemnych prążków lub pasm na tle ciągłego widma emisyjnego

- powstaje w wyniku pochłaniania przez ciało, przez które przechodzi promieniowanie o widmie ciągłym fal o określonych długościach.

CIAŁO DOSKONALE CZARNE

Ciało pochłaniające całe promieniowanie padające na nie i max promieniujące przy danej temperaturze.

DŁUGOŚĆ FALI - jest to odległość pomiędzy dwoma sąsiednimi punktami fali o tej samej amplitudzie np. dwoma grzbietami.

LICZBA FALOWA - liczba fal

CZĘSTOTLIWOŚĆ = CZĘSTOŚĆ FAL - jest to liczba fal przechodzących przez dany punkt w ciągu 1s i jest określona przez źródło wytwarzające falę.

ENERGIA CAŁKOWITA CZĄSTECZKI:

energia obrotowa

energia cząsteczki

energia rotacyjna cząsteczki

ENERGIA FOTONU E zmienia się wraz ze zmianą długości fali zgodnie z równaniem:

h c

E = h v =

h - stała Plancka

c - prędkość światła

- długość fali

METODA WYZNACZANIA KRZYWEJ WZORCOWEJ

Polega na tym, że przy użyciu roztworów oznaczonych substancji ustala się zależność między absorbcją a stężeniem tych roztworów. Następnie powyższą zależność przedstawia się graficznie oddając na osi odciętych stężenia ,a na osi rzędnych odpowiadające tym stężeniom wartości absorpcji. Jeśli układ w tych warunkach spełnia prawo Beera otrzymuje się krzywą wzorcową, która jest linią prostą przechodzącą przez początek układu współrzędnych.

METODY POMIARÓW ABSORPCJIOMETRYCZNYCH

Uwzględniając rodzaj stosowanej aparatury wyróżnia się metody :

FOTOKALORYMETRYCZNA - oparta na pomiarze absorpcji światła polichromatycznego

SPEKTROFOTOMETRYCZNA - wykorzystuje się światło monochromatyczne

Obie metody oparte są na istniejącej proporcjonalnie zależności między pochłanianiem promieniowania i stężeniem absorbującej substancji.

Metody kalorymetryczne - porównywanie natężenia barwy roztworu substancji badanej z barwa roztworu wzorcowego ( tzn. zawierającego znaną ilość badanego związku ).

ZASADA SPEKOFOTOMETRYCZNA oznaczania stężeń roztworów.

W metodach tych można prowadzić analizy barwnych i bezbarwnych roztworów na zasadzie selektywnej, ultrafioletowym, podczerwonym zakresie fal. Metody te pozwalają określić nie tylko stężenie absorpcyjnych roztworów, lecz można też określić ich skład, trwałość i charakterystykę optyczną.

POMIAR GĘSTOŚCI SUBSTANCJI

GĘSTOŚĆ - masa właściwa, wielkość charakteryzująca daną substancję.

Dla substancji jednorodnej jest to stosunek masy do jej objętości.

= m. / v

Dla substancji niejednorodnej wyznacza się w określonym punkcie i stanowi ona granice stosunku do objętości, gdy objętość zawierająca dany punkt dąży do zera i gęstość z ciężarem właściwym y związane są zależnością:

y = * g

GĘSTOŚĆ BEZWGLĘDNA - (masa właściwa ) jednolitego ciała jest to stosunek masy (m.) tego ciała do objętości (v)

m

d^t =

v

GĘSTOŚĆ WZGLĘDNA - jest to stosunek gęstości bezwględnej danego ciała do gęstości bezwględnej innego ciała przyjętego za wzorzec. Dla cieczy i ciał stałych wzorcem jest zazwyczaj woda, a dla gazów powietrze lub wodór.

d1 m1 m2 m1

d1,2 = d1,2 = / =

d2 v1 v2 m2

JEDNOSTKI

Główną jednostką gęstość w układzie SI jest kg / m³ , chociaż zazwyczaj wyrażana jest w g / cm³ , g / dm³ lub

kg / dm³ 1g / cm³ = 10³ kg / m³

SPOSOBU POMIARU GĘŚTOŚCI

1. wyznaczanie gęstości bezwględnej ciał stałych za pomocą ważenia i mierzenia objętości

2. wyznaczaniu gęstości ciał stałych i cieczy za pomocą wagi hydrostatycznej

3. wyznaczanie gęstości ciał za pomocą wagi Jolly”ego

4. wyznaczanie gęstości cieczy za pomocą wagi Mohra

5. wyznaczanie gęstości ciał za pomocą piknometru

6. wyznaczanie gęstości powietrza metodą sprężania

7. wyznaczanie gęstości bezwględnej powietrza metodą rozrzedzania

Zasada pomiaru gęstości substancji metodą piknometryczną

Za pomocą metody piknometrycznej możemy wyznaczyć gęstość ciał stałych, gęstość cieczy oraz gęstość ciał stałych rozpuszczalnych w wodzie.

1. wyznaczanie gęstości ciał stałych

Sposób ten jest dogodny do wyznaczenia gęstości ciał sypkich np. śruty, piasku. W tym celu wykonujemy 3 ważenia:

- bierzemy taką ilość ciała sypkiego, która jest równa 1/2 do 1/2 objętości piknometru. Ustaloną ilość ciała ważymy

wyznaczając jego masę ( m1 )

- ważymy piknometr z wodą destylowaną, wyznaczając jego masę (m2)

- wsypujemy do piknometra badane ciało stałe, usuwamy pęcherzyki powietrza i zamykamy piknometr korkiem. Następnie ważymy wraz z zawartością, wyznaczając tym samym masę (m3)

Gęstość bezwględną ciała stałego wyrażamy wzorem.

m1

dc = * dt

m1 + m2 - m3

b) wyznaczanie gęstości cieczy.

Wykonujemy 3 ważenia posługując się wagą analityczną pozwalającą wyznaczyć masę z dokładnością do 0, 0002 g

- ważymy pusty piknometr z korkiem. Wnętrze musi być czyste i suche. Masę pustego piknometru oznaczamy (m1)

- ważymy piknometr napełniony wodą destylowaną (m2)

- ważymy piknometr napełniony badaną cieczą (m3) (po wcześniejszym wysuszeniu piknometru)

Gęstość bezwględną wyznaczamy wzorem

mc

d =

v

Wiemy, że masa cieczy (mc) równa jest różnicy masy piknometru napełnionego badaną cieczą (m3), masy piknometru pustego (m1) dzielona przez gęstość różnicy masy piknometru pustego (m1) dzielona przez gęstość wody w temp. pokojowej (dt). Podstawiając te wyrażenia do wzoru otrzymamy wzór na gęstość bezwględną cieczy.

m3 -m1

d = dt

m2 - m1

Z danych 3 mas możemy również obliczyć gęstość względną:

mc

dw =

mwt

Przyjęto jednak odnosić gęstość względną do wody o temp. t = 4^oC, kiedy jej gęstość d = 1g / cm³

c) wyznaczanie gęstości ciał stałych rozpuszczalnuch w wodzie.

Należy znaleźć ciecz, która nie jest rozpuszczalnikiem badanego ciała np. nafta dla soli kuchennej, cukru krystalicznego. Badane ciało wsypujemy do piknometru napełnionego naftą, dzięki temu wyznaczamy masę nafty w objętości ciała w sposób opisany w podpunkcie a). Aby jednak wyznaczyć objętość zajmowaną przez taką masę nafty, należy znać jej gęstość. W tym celu trzeba wykonać pięć ważeń, podczas których wyznaczamy masy:

m1 - masa pustego piknometru

m2 - masa ciała badanego

m3 - masa piknometru z wodą

m4 - masa piknometru z naftą

m5 - masa piknometru z naftą i badanego ciała

m4 - m1

gęstość nafty dn = dt

m3 - m1

gęstość badanego ciała

mc m2

dc = =

v v

m2 + m4 - m3 m2 m4 - m1

v = = dc = * dt

dn m2 + m4 - m3 m3 - m1

WYKŁADY

JEDNOSTKI UKŁADU SI

długość metr m

masa kg kg

czas sek. s

natęż. prądu amper A

temp. kelwin K

ilość materii mol mol

światłość kandela cd

powierzchnia m²

objętość m³

prędkość liniowa m/s

przyspieszenie m/s²

gęstość kg/m³

siła N m.*kg*s^-2

ciśnienie Pa(N/m²) m.^-1*kg*s^-2

napięcie pow. N/m. kg*s^-2

energia, praca J(N*m.)

moc W(J/s)

gęstość prądu A/m²

ładunek elektr. C(A*s) kulomb

napięcie V(W/A)

opór elektr. om (V/A)

przewodność elektr. S(1/om) simens

l. falowa 1/m. (m.^-1)

m. molowa kg/mol

objętość molowa m³/mol

stężenie molowe mol/m³

WIELOKROTNOŚCI

GIGA G 10⁹

MEGA M. 10⁶

KILO k 10³

HEKTO h 10²

DEKA da 10¹

DECY d 10^-1

CENTY c 10^-2

MILI m. 10^-3

MIKRO 10^-6

NANO n 10^-9

PIKO p. 10^-12

POWIERZCHNIA WŁAŚCIWA

montmorylonit 700-800 m²/g

ilit 100-170 m²/g

kaolinit 10-30 m²/g

próchnica do 2000 m²/g

gleby 3-500 m²/g

dla gleb Polski 10-30 m²/g

FALE RADIOWE dzielimy na:

długie 10000-1000m

średnie 1000-100 m.

krótkie 100-10 m

UKF 10m.-1dcm

UKF 10m.-1dcm

FALE OPTYCZNE dzielimy na następujące podzakresy:

podczerwone 20 nm -750nm

widzialne 750 nm-350nm

ultrafioletowe 350nm-1nm

POTENCJAŁY NORMALNE

K/K⁺ -2,92

Ca/Ca²⁺ -2,84

Zn/Zn²⁺ -0,76

Fe/Fe²⁺ -0,44

Ni/Ni²⁺ -0,24

Pb/Pb²⁺ -0,13

H2/2H⁺ 0

Cu/Cu²⁺ 0,345

Hg/Hg²⁺ 0,854

Ag/Ag⁺ 0,80

Au/Au³⁺ 1,42

PRZEWODNIKI dzielimy na 3 grupy:

dobre przewodniki =10^-8 do 10^-6 (om*m.)

półprzewodniki =10^-6 do 10⁸ (om*m.)

izolatory =10⁸ do 10¹⁸ (om*m.)

porcelana

papier

powietrze

próżnia

TEMP. REZYSTANCYJNE

Pt @= 0,0039 K^-1

Cu =0,0047 K^-1

Fe =0,0066 K^-1

Ni =0,0067 K^-1

1.Podstawową metodą kondukt: konduktancja

2.Liczba atomowa masowa to: proton+neutron i atomowa p.=e

3.w stanie równow. Termodyn. Entalpia osiąga minimum

4.metody polarymetryczne mają zastos w: optycznie czynnych

5.jeśli częstość źródła fali e wynosi 10¹⁰ Hz to należy

wnioskować że dł fal w próżni wynosi -3x10^-2m

6.jeśli połączymy równolegle 3 jednakowe rezystory po 2omy

to opór wynosi 3/2

7. moc wydzielona na oporze 10 omów wynosi 10 W

spadek napięcia=

8.zjawisko podsiąku wody w glebach wiąże się ze zjawiskiem

napięcie powierzchniowe w naczyniach kapil

9.jedn napięcia powierzch =N/m

10.ile jest jednostek w SI=7

11.ile Pa ma 1 mm Hg= 133,322Pa

12.przedrostek mikro = 10^-6

13.ciężar wł gleb miner mierzy się w g/cm³

14.powierzchnia właściwa min ilastych montmorylonit

= 700-800m²/g

15.fale elektrom w zakresie podczerwonym są krótsze niż

w domowym radiu: krótsze w ultrafiolecie

16.prawo Lam-Beera: transmitacja roztworu jest iloczynem

molowego współczynnika

17.współczynnik przewodnictwa temp : jest odwrotnie

proporcjonalny do gęstości

18.ciało max czarne: max absorpcja i emisja promieniowania

19.równanie V1T2=V2T1= izobary

20.potencjał normalny elektrody niklowej= -0,24V

21.do oznaczania ph służy: elektroda szklana

22.elektroliza jest to: zmiana zw chem pod wpł prądu/

katoda-metal anoda-niemetal

23.rezystancja to: opór elektryczny

24. ciężar wł gleb mineralnych= 2,5-2,8g/cm

25.dł fal elektromag w zakresie podczerwonym=20mm-

750nm

26.w stanie równowagi termodynamicznej entropia:

osiąga wartość max

27.potencjał normalny elektrody niklowej=-0,24V a poten

normalny elek miedziowej=0,345V ile wynosi V =0,58

/0,345-(-0,24)/

28.oblicz SEM ogniwa P1-P2

29.jak mierzymy ciężar wł gleb: piknometr, kolba miarowa,

met. biuretowa

30.co to jest jednostka: ustalony międzynarodowy wzorzec

31.stała Plancka: J*s =6.63*10^-34 J*s

32.II prawo kalorymetrii: wszystkie procesy zach w przyrodzie

mają charakter nieodwracalny -w ukł izol moga zach tylko

te dwa procesy

33.absorpcja prom: pochł prom elektromag przez materię

absorbancja: ilość prom pochł przez dany układ

34.do czego służy polarymetr i pryzmat Nikola: polarymetr

-pomiar stężenia subst,czystości i skręcalność płaszczyzny

pol światła pryzmat Nikola-do skręcania pł pol światła

35.prawo Kirchofa R=Re/Ra R-zdolność emisyjna ciała

doskonale czarnego Ra- zdolność absorpcyjna(stos energii

pochł do en padającej) Re-zdolnośc emisyjna(ilość en wupro

przez jedn powierzchni w jedn czasu) stosunek jest stały dla

wszystkich ciał i równy zdolność emis ciała doskonale czarnego

36.prawo Avogadro- objętość molowa gazu 1mol=NA=

6,023*10²³ cząsteczek w war normalnych V=22,4dm³

p.=1013hPa

37.lepkość- to siła którą należy przyłożyć do 1cm²pow

równoległej do niej warstwy odległej o 1cm lub jest to

opór warstwy cieczy o powierzchni jednostkowej skierow

przeciwko gradientowi jednostkowemu szybkości

38.konduktancja:to odwrotność rezystancjiG=1/R (1S=om^-1)

39.okres połowicznego rozpadu-czas w ciągu którego

rozpadowi ulega połowa liczby jąder dN/dt=lambdaN

40.prąd elektryczny-uporządkowany strumień ładunków

elektrycznych w przewodniku

41.fale elektromag w zakresie ultrafioletu są: krótsze niż

w zakresie podczerwieni

42.według L-Berra: absorbancja jest logarytmem odwrotności

transitacji

43.strumień ciepła(q): charakteryzuje ilość ciepła przechodzącego

przez jednostke powierzchni w jednostce czasu

44.promieniowanie temperaturowe: rozchodzi się w próżni

45.równanie V1p1=V2P2 wyraża Prawo izotermy

46.do oznaczania wartość ph stosowane są elektrody:

kalomelowa i szklana

---