Nr i tytuł ćwiczenia: Ćwiczenie 2-3 Wyznaczanie zawartości alkoholu etylowego w badanym roztworze.
Imię i nazwisko osoby prowadzącej ćwiczenia: dr inż. Bożena Parczewska-Plesnar.
Data wykonania ćwiczenia
16.03.2010 r.
Uwagi prowadzącego:

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia było wyznaczenie współczynnika załamania światła czystych substancji ciekłych i ich roztworów.

WSTĘP TEORETYCZNY

Prędkość rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w danej fazie zależy od jej budowy. Faza zbudowana z atomów lub ich konglomeratów oddziałuje swym polem elektromagnetycznym na przechodzące przez jej wnętrze fale elektromagnetyczne, zmieniając szybkość rozchodzenia się fal. Wpływ ten nazywany jest gęstością optyczną fazy. Promienie świetlne, padając pod pewnym kątem na powierzchnię granicy faz pomiędzy dwiema przezroczystymi fazami o różnych gęstościach optycznych, ulegają częściowo odbiciu, a częściowo załamaniu. Załamanie światła podczas przejścia przez granicę faz nazywamy refrakcją. Ilościowo zjawisko to można opisać za pomocą wzoru Snelliusa :

n_{2, 1}= sinα / sinβ = c₁/c₂

gdzie :

n_{2, 1} – współczynnik załamania światła

α – kąt padania

β – kąt załamania

c₁ – prędkość światła w fazie „1”

c₂ – prędkość światła w fazie „2”

Rysunki przedstawiające zjawisko załamania światła :

Promień świetlny ZO, biegnący w fazie „1”, pada w punkcie O na powierzchnię granicy faz GF i po załamaniu biegnie w fazie „2” wzdłuż prostej OZ’. Kąt α zawarty między prostą ZO a prostopadłą PP do powierzchni granicy faz GF, zwany jest kątem padania. Kąt β, zawarty między PP i OZ’, nazywamy kątem załamania. Jeżeli faza „1” jest optycznie rzadsza od ośrodka „2”, wówczas kąt załamania β jest mniejszy od kąta padania α oraz c₁ > c₂. Gdy faza „1” jest optycznie gęstsza od fazy „2”, wówczas kąt załamania β jest większy od kąta padania α, a c₁ < c₂ .

Jeżeli stosunek prędkości c_o rozchodzenia się światła w próżni do prędkości rozchodzenia się światła w fazie „1” oraz „2” oznaczymy odpowiednio n₁ = c_o/c₁ oraz n₂=c_o/c₂ i n₁ nazwiemy odopwiednio współczynnikiem załamania światła w fazie „1”, a n₂ współczynnikiem załamania światła w fazie „2” wtedy :

n_{2, 1}= sinα / sinβ = c₁ / c₂ = n₂ / n₁

Pomiary współczynnika załamania światła należy prowadzić przy użyciu światła monochromatycznego. Najczęsciej stosuje się promieniowanie elektromagnetyczne uzyskane za pomocą lampy sodowej, dającej fale długości λ = 5,9 * 10^-7 m , odpowiadające tzw. Linii D widma sodu. Pomiary prowadzi się za pomocą aparatów zwanych refraktometrami.

Współczynnik załamania jako właściwość fizyczna służy do identyfikacji substancji, a jednocześnie do określenia stopnia ich czystości. Za pomocą współczynnika załamania światła roztworów można określać stężenie, ponieważ w wielu przypadkach miedzy wartością współczynnika załamania a stężeniem roztworu istnieje zależność liniowa. Wartość współczynnika załamania światła zależy od temperatury i ciśnienia, a dla większości substancji krystalicznych także od kierunku przepuszczania światła w stosunku do ich osi optycznych.

APARATURA I MATERIAŁY

• refraktometr Abbego.

• 2 biurety.

• 2 kolbek stożkowych ze szlifem.

• kroplomierz.

• etanol.

• 1-butanol.

WYKONANIE ĆWICZENIA

• w celu otrzymania wykresu zależności współczynnika załamania światła n od stężenia alkoholu etylowego przeprowadzamy następujące czynności :

1. przygotowujemy 9 roztworów o następujących stosunkach objętościowych alkoholu butylowego do alkoholu etylowego 9 : 1, 8 : 2, 7 : 3, 6 : 4, 5 : 5, 4 : 6, 3 : 7, 2 : 8, 1 : 9 oraz 100% roztwór alkoholu butylowego i 100% roztwór alkoholu etylowego.

2. mierzymy współczynnik załamania światła poszczególnych roztworów.

Stężenie procentowe objętościowe alkoholu etylowego w badanym roztworze.	Współczynnik załamania światła (n).
0%	1,3980
10%	1,3955
20%	1,3925
30%	1,3890
40%	1,3855
50%	1,3815
60%	1,3780
70%	1,3745
80%	1,3705
90%	1,3650
100%	1,3630

1. mierzymy współczynnik załamania światła roztworu otrzymanego do badania :

n_x= 1,3880

1. rysujemy wykres wzorcowy zalezoności współczynnika załamania światła od zawartości procentowej alkoholu etylowego w roztworach.

2. korzystając w wykresu wzorcowego, znajdujemy zawartość alkoholu etylowego w badanym roztworze odpowiadającą zmierzonej wartości współczynnika załamania światła.

Wartość ta wynosi :