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.