Temat: Pomiar współczynnika napięcia powierzchniowego metodą stalagmometryczna.
1. Napięcie powierzchniowe:
Jest to siła wypadkowa, która działa na cząstkę znajdującą się na powierzchni cieczy i jest zwrócona do wnętrza cieczy; nazwa ta dotyczy zjawiska oraz wielkości fizycznej charakteryzującej ciecz; napięcie powierzchniowe jest równe sile przypadającej na jednostkę obwodu cieczy; występuje na powierzchni swobodnej cieczy lub na pograniczu dwu nie mieszających się cieczy.
2. Menisk:
Zjawisko występujące w miejscach zetknięcia ciała stałego i cieczy; w miejscu tym powierzchnia swobodna cieczy ulega zakrzywieniu, tworząc menisk wklęsły, (gdy ciecz zwilża ściankę naczynia) lub wypukły w sytuacji odwrotnej (rtęć w naczyniu ze złota tworzy menisk wklęsły, natomiast w szklanym naczyniu menisk wypukły).
3. Włoskowatość – inaczej kapilarność.
Jest to zdolność do zwilżania lub nie zwilżania ciał stałych przez ciecze. Polega na wznoszeniu się do różnej wysokości w naczyniach i rurkach cieczy znajdującej się w równowadze. Zjawisku temu zawdzięczamy wznoszenie się soków w roślinach czy też wody w glebie.
4. Współczynnik napięcia powierzchniowego:
Stosunek siły napięcia powierzchniowego do długości brzegu powierzchni swobodnej cieczy. Można go również definiować jako stosunek pracy jaką należy wykonać, aby zwiększyć powierzchnię swobodną cieczy do przyrostu tej powierzchni. Możemy go zapisać w jednej z dwóch postaci:
lub W układzie SI napięcie powierzchniowe wyznaczamy w
Dla czystej wody w temperaturze pokojowej napięcie powierzchniowe wynosi 0,075 .
Dla większości innych cieczy napięcie powierzchniowe ma w podobnych warunkach mniejsze wartości.
5. Metody pomiaru napięcia powierzchniowego:
- tensfometryczna – umożliwia oznaczanie wartości napięcia powierzchniowego przez pomiar siły koniecznej od oderwania od powierzchni cieczy pierścienia wytworzonego z drutu platynowego. Wartość siły „F” powoduje oderwanie pierścienia od powierzchni cieczy.
- pęcherzykowa – pomiar ciśnienia niezbędnego do przerwania błonki powierzchni cieczy przez pęcherzyki powietrza
- statyczna – pomiar wysokości słupa cieczy „h” o promień, ciecz wznosi się po szkle w kierunku przeciwnym do wektora siły ciężkości
- stalagmometryczna – wyznaczanie liczby kropel wypływających z rurki kapilarnej stalagmometru
6. Zasada oznaczania współczynnika napięcia powierzchniowego metodą stalagmometryczną.
Metoda ta polega na wyznaczeniu liczby kropel wypływających z rurki kapilarnej stalagmometru. Narastająca kropla odrywa się w chwili, gdy ciężar jej przewyższa siły napięcia powierzchniowego działające wzdłuż linii zetknięcia się kropli z powierzchnią szkła w chwili, gdy następuje oderwanie się kropli. Jej ciężar wynosi:
Liczbę kropli wypływających ze stalagmometru obliczamy ze wzoru:
gdzie: V- objętość cieczy, d – gęstość cieczy, q – przyspieszenie ziemskie, W – ciężar jednej kropli.
7. Gęstość względna:
Jest to stosunek gęstości bezwzględnej badanego ciała do gęstości bezwzględnej ciała porównawczego.
8. Gęstość bezwzględna:
Jest to stosunek masy danego ciała do jego objętości. Wyrażamy ją wzorem:
gdzie: d – gęstość ciała, m – masa ciała, V – objetosc ciala.
9. Zasada oznaczania gęstości bezwzględnej metoda piknometryczna:
Zasada ta polega na dokładnym zważeniu cieczy o ściśle określonej objętości. W tym celu najpierw waży się na wadze analitycznej ( z dokładnością do 0,0002g) piknometr pusty (czysty i suchy), następnie napełniony wodą destylowaną i wreszcie napełniony badaną cieczą. Podstawiając do wzoru odpowiednie masy najpierw oblicza się objętość piknometru (tzw. Stała piknometru):
gdzie: m1 – masa piknometru pustego, m2 – masa piknometru z wodą,
d – gęstość wody w temperaturze pomiaru.
Następnie wyznacza się gęstość cieczy w temperaturze pomiaru korzystając z zależności:
gdzie: d – gęstość badanej cieczy, m2 – masa piknometru z badana cieczą, m1 – masa piknometru pustego, V – objętość piknometru.
Ćwiczenie 4 Spektometria w podczerwieni.
Spektroskopia IR - rodzaj spektroskopii, w której stosuje się promieniowanie podczerwone. Najpowszechniej stosowaną techniką IR jest absorpcyjna spektroskopia IR, służąca do otrzymywania widm oscylacyjnych (choć w zakresie dalekiej podczerwieni obserwuje się także przejścia rotacyjne). Przy pomocy spektroskopii IR można ustalić jakie grupy funkcyjne obecne są w analizowanym związku. Spektroskopia w podczerwieni pozwala na analizę zarówno struktury cząsteczek jak i ich oddziaływania z otoczeniem. Jest to jedna z podstawowych metod stosowanych w badaniu wiązań wodorowych.
Promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu IR ma częstotliwość zbliżoną do częstotliwości drgań cząsteczek. Przechodząc przez próbkę badanej substancji promieniowanie to jest selektywnie pochłaniane, zwiększając amplitudę drgań w cząsteczkach (czy też kryształach) tej substancji. W analizie tych pasm dla układów wieloatomowych stosuje się pojęcie drgań normalnych, traktując każde pasmo jako wynik wzbudzenia jednego (tony podstawowe) lub kilku (tony kombinacyjne) drgania normalnego.
Absorpcji promieniowania podczerwonego towarzyszą zmiany energii oscylacyjnej cząsteczek. Ponieważ energia ta jest skwantowana, absorbowane jest tylko promieniowanie o pewnych określonych energiach, charakterystycznych dla grup funkcyjnych wykonujących drgania. Dzięki temu, wartości częstości drgań charakterystycznych mogą być ujęte w formie odpowiednich tabel, i absorpcyjne widmo IR umożliwia ustalenie jakie grupy funkcyjne występują w analizowanej próbce.
Widma IR są bardzo złożone i niezwykle rzadko zdarza się, aby dwa różne związki chemiczne miały w całym zakresie identyczne widma, co praktycznie umożliwia jednoznaczną ich identyfikację. Zastosowanie bazy danych z częstościami określonych pasm obecnych w danych związkach chemicznych pozwala na identyfikację związków chemicznych w badanej próbce.
Podczerwień (promieniowanie podczerwone) (ang. infrared, IR) – promieniowanie elektromagnetyczne o długości fal pomiędzy światłem widzialnym a falami radiowymi. Oznacza to zakres od 780 nm do 1 mm.
Spektroskopia odbiciowa - bada widma, które powstały w wyniku odbicia się promieniowania od powierzchni analizowanej substancji
Energia cząsteczek
Podstawowym założeniem teorii kwantów jest przyjęcie dyskretnych (nieciągłych) poziomów energetycznych atomów i cząsteczek, pomiędzy którymi zachodzą przejścia w wyniku absorpcji lub emisji kwantu.
Energię cząsteczki można z drobnym przybliżeniem przedstawić jako sumę energii związanej z konfiguracją elektronów (Eel), energii oscylacji jąder wokół położenia równowagi (Eosc) oraz energi rotacyjnej, wynikającej z obrotu cząsteczki wokół osi (Erot) ;
Emol = Eel + Eosc + Erot
Eel jest rzędu elektronowoltów (eV), Eosc- dziesiętnych części eV, Erot zaś- setnych części eV
Zakresy promieniowania podczerwieni;
* 0.7 – 5 mm – bliska podczerwień (NIR)
* 5 – 30 mm – średnia podczerwień (MIR)
* 30 – 1000 mm – daleka podczerwień (FAR)
Zastosowanie spektrometrii w podczerwieni
- zakres średni;
- zakres bliski
- zakres daleki
Drgania cząsteczkowe
a) normalne
- Drgania symetryczne rozciągające
- Drgania asymetryczne rozciągające
- Drgania nożycowe
- Drgania wahadłowe
- Drgania wachlarzowe
- Drgania skręcające
b) charakterystyczne - amplitudy wychyleń zrębów atomowych należącej do jednego ugrupowania (grupy funkcyjnej) są istotnie większe niż amplitudy wychyleń pozostałych zrębów. Innymi słowy, drganie pewnego ugrupowania znajdującego się w molekule ma decydujący wkład w drganie o tej charakterystycznej częstości. Jako dobry przykład służy drganie rozciągające grupy hydroksylowej. Jest to drganie o częstotliwości z zakresu 3500 do 4000 cm-1, w którym zręby atomowe tlenu i połączonego z nim bezpośrednio wodoru drgają z dużo większą amplitudą niż zręby pozostałych pierwiastków tworzących molekułę.
Spektrofotometr IR- M80 dwuwiązkowy- Spektrofotometr siatkowy posiada optykę i szerokie możliwości pomiarowe. Jest sterowany procesorem wewnętrznym. Posiada wbudowaną klawiaturę, wyświetlacz, ploter i drukarkę. Jest samodzielnym urządzeniem. Przy zamontowaniu interfejsu do PC można uzyskać pełne sterowanie aparatu z poziomu komputera, zbieranie i obróbkę danych przy użyciu najnowszych programów.
Elektroda to końcowy element niektórych układów lub urządzeń elektrycznych, przewodnik elektryczny wysyłający ładunek elektryczny lub przyjmujący go z otoczenia, albo kształtujący pole elektrostatyczne w swoim otoczeniu.
1. Budowa elektrody
· Korpus z tworzywa sztucznego, podzielony wewnątrz na dwie komory, połączone ze sobą obudową elektrody wewnętrznej, od której wyprowadzony jest na zewnątrz przewód elektryczny,
· Rdzeń miedziany o odpowiednio rozwiniętej powierzchni,
· Pojemnik główny na nasycony roztwór siarczanu miedzi,
· Obudowa elektrody wewnętrznej z porowatym elementem ceramicznym, na życzenie także membrana jonowymienna,
· Pojemnik na wypełniacz przeciwdyfuzyjny oraz wypełnienie chłonące z zewnątrz wodę, zamknięty ceramiczną przegrodą porowatą,
· Masa kontaktowa zamykająca elektrodę, która umożliwia natychmiastowe montowanie elektrody w ziemi bez potrzeby wielogodzinnego moczenia w wodzie,
· Dostarczany razem z elektrodą gumowy kołpak, zamykający szczelnie korpus i utrzymujący warstwę masy kontaktowej. Jego zadaniem jest zachowanie w elektrodzie wilgoci w czasie magazynowania i transportu elektrody. Kołpak powinien być usunięty przed zamontowaniem elektrody w ziemi.
2. Rodzaje elektrod Istnieją trzy rodzaje elektrod. Pierwsze dwa rodzaje to anoda i katoda. Anoda to ta z elektrod, która przyjmuje ładunek ujemny lub wysyła dodatni, zaś katoda to elektroda wysyłająca ładunek ujemny lub przyjmująca dodatni. Ładunek elektryczny przepływający między anodą i katodą może przybierać formę wolnych elektronów lub jonów. Trzecim rodzajem są elektrody oddziałujące na przestrzeń swoim potencjałem - przykładem są tu siatki w lampie elektronowej, zwłaszcza siatka pierwsza. Czasami elektrody te przyjmują lub wysyłają nośniki prądu, jak np. siatka druga w tetrodzie, jednak są nadal nazywane siatkami, gdyż ich głównym celem jest oddziaływanie na rozkład pola elektrycznego. Niekiedy tego rodzaju elektrody noszą też inne nazwy, np. w lampie oscyloskopowej nazywane są płytkami odchylającymi.
3. Potencjał normalny
Inaczej potencjał elektrody, siła elektromotoryczna ogniwa zbudowana z danej elektrody i elektrody porównawczej; potencjał elektrody normalny (standardowy, E0), siła elektromotoryczna (zmierzona w temp. 25°C) ogniwa zbudowane z elektrody, w której składniki określające potencjał występują w stanie podstawowym (np. aktywność jonów elektrolitu jest równa 1) i elektrody wodorowej normalnej, której potencjał przyjęto za równy zeru.
4. Ogniwo galwaniczne Ogniwo, w którym źródłem prądu są reakcje chemiczne zachodzące między elektrodą, a elektrolitem. Dwie elektrody zanurzone w elektrolicie (półogniwa) tworzą ogniwo galwaniczne. Różnica potencjałów elektrod gdy przez ogniwo nie płynie prąd jest równa sile elektromotorycznej ogniwa (SEM).Przykłady ogniw galwanicznych:
· ogniwo Daniella-ogniwo galwaniczne, w którym pierwsze półogniwo stanowi elektroda cynkowa zanurzona w roztworze siarczanu cynku ZnSO4, a drugie elektroda miedziana zanurzona w roztworze siarczanu miedziCuSO4. W ogniwie tym oba półogniwa nie stykają się ze sobą bezpośrednio lecz są połączone kluczem elektrolitycznym, najczęściej wykonanym z roztworu chlorku potasu (KCl) w agar-agarze. Klucz elektrolityczny uniemożliwia mieszanie się roztworów elektrolitów oraz zapobiega gromadzeniu się nadmiaru ładunku ujemnego bądź dodatniego w zależności czy rozpatrujemy anodę czy katodę.
·
· ogniwo Leclanchégo-(na dole po lewej) najpopularniejsze ogniwo galwaniczne występujące powszechnie w handlu np. jako popularne tzw. baterie okrągłe (różnej wielkości, oznaczane symbolami R3/AAA, R6/AA (tzw. paluszek), R10, R14, R20 (onapięciu 1,5 V) lub baterie płaskie (o napięciu 4,5 V – trzy ogniwa połączone szeregowo). Bateria cynkowa...
daniel74141