3. april 2014 TASK B Alt om salt - Opgaven - 1
Opgave 1: Undersøgelse af væksten hos mikroalgen Nannochloropsis. (bruges til biodiesel produktion). Opgaven: I skal i denne opgave bestemme væksten af mikroalgen Nannochloropsis som funktion af CO 2 - koncentrationen. Algerne er dyrket under tre forskellige betingelser A, B og C. A er ved lav CO 2 - koncentration, B er ved medium CO 2 - koncentration og C ved høj CO 2. I skal bestemme væksten ved spektrofotometri. I har fået udleveret algekulturer som er vokset ved hver af de tre CO 2 - koncentrationen. Man har udtaget prøver efter 3, 6, 9 og 12 dages vækst og gemt dem til jer. Jo flere alger, jo større absorbans og det er det I måler med spektrofotometeret. Vær opmærksom på, at der kun er 3 spektrofotometre i laboratoriet. Man tildeles adgang til dem, når man melder sig klar med håndsoprækning. 3 hold ad gangen. Man har 25 minutter til at lave sine målinger (det er rigeligt med tid). Men I skal nok forsøge at være melde klar som et af de første seks hold, så I også har tid til at regne bagefter. Start derfor med at læse fra side fem og frem. Resten kan I læse bagefter eller i ventetiden, ligesom I kan svare på en del af spørgsmålene i en eventuel ventetid. Indledning For at nedsætte udledningen af drivhusgasser, deriblandt CO2, forsker man i at finde alternative til fossile brændstoffer. I den sammenhæng udgør alger, og her mikroalgen Nanorodopsis, en meget lovende mulighed, når det kommer til fremstilling af biodiesel. Alger kan dyrkes i havet og konkurrerer derfor ikke om landarealer med landbruget og dets fødeproduktion, produktionen af alger er omkring 50 gange højere end landbaseret produktion, alle vandtyper kan anvendes i dyrkningsbeholderne, sågar spildevand. Produktionen af biodiesel fra alger afhænger af algernes vækst og evne til at danne lipider (planteolie). Vækst og 2
lipidproduktion afhænger af mange forskellige abiotiske faktorer, fx temperatur, CO 2, lys, saltholdighed etc. Algae er en meget forskelligartet gruppe af organismer, men alle laver fotosyntese, og omdanner lysenergi til kemisk energy. Energien bindes i carbohydrater. Algerne optager CO 2 hertil og frigiver samtidig ilt til omgivelserne. Planter og alger indeholder fotopigmenter, some r i stand til at fange solenergien, mere præcis overføre energy fra lysfotoner til kemiske reaktioner. Disse plantepigmenter, fx klorofyl aog klorofyl b absorberer lys ved forskellige bølgelængder, særlig i det røde og orangee område, samt lidt i det blå. Udfra carbohydraterne kan planter og alger danne planteolier. Carbondioxid opløst iv and danner carbonsyre (kulsyre, H 2 CO 3 ), bicarbonat (HCO 3 ) og carbonateioner (CO 2 3 ). Mængden af CO 2 Opløst i havvand er omkring halvtreds gange højere end i atmosfærisk luft. Mere end 90% af den opløste carbon finds som bicarbonat (HCO 3 ). De fleste mikroalger optager aktivt bicarbonationer (HCO 3 ), og omdanner det ved hjælp af enzymet carbon anhydrase til CO 2 i cellen. følgende reaktioner: Carbon anhydrase styrer omdannelsen af HCO 3 og CO 2, gennem 3
Nannochloropsis er særdeles god til at opbygge og akkumulere planteolie. Op 30-68% af algernes tørvægt kan udgøres af triglycerider. Algeolierne findes hovedsageligt som triglyderider. De kan omdannes til biodiesel gennem en såkaldt forsæbningsreaktion, hvor triglyceridet reagerer med en alcohol og danner glycerol og fri fedtsyrer. Reaktionen er en såkaldt trans- esterifikation. Som det fremgår af ligningen herunder kræves der tre alkoholmolekyler for hvert molekyle triglycerid, for at danne et molekyle glycerol og 3 molekyler fri fedtsyre. Biodieselfremstilling udfra alger er en af de mest lovende teknikker til fremtidig energiproduktion. 4
Udstyr og materialer Tuschpen, millimeterpapir Glaspipette (2 ml) og plastik engangspipette ( brug hvad I vil) 13 plastikrør (Falconrør 15 ml) indeholdende forberedte algeprøver Reagensglasstativ Destilleret vand 1 plasticrør med ukendt prøve, mærket 14 Fælles udstyr, på det store laboratoriebord: Spektrofotometer sat til en bølgelængde på 750 nm (tjek). Vortexer/rystemaskine 4 spektrofotometerkuvetter Køkkenrulle og destilleret vand Prøve til nulstilling af spektrofotometeret, mærket zero. 5
Opgavebeskrivelse I skal bestemme algebiomassen (algetørvægten, Dry Cell Weight (DCW) pr liter (mg L - 1 )). Det gør I ved hjælp af spektrofotometeret. Jo flere alger, der er i prøven, jo mere lys tilbageholdes og jo højere bliver den optiske densitet, OD. Der står en omregningsfaktor på spektrofotometeret, den skal noteres og anvendes til senere beregninger. I skal måle OD ved 750 nm i alle prøverne for hver af forsøgsbetingelserne A, B og C. Som skrevet har I fået udleveret prøver af de voksende kulturer. Der er udtaget prøver efter 3, 6, 9 og 12 dage. På baggrund af målingerne skal der fremstilles en vækstkurve for hver af de tre forsøgserier, hvor væksten afbilledes som function af tiden. A- serien tænkes at stamme fra dyrkningskar på en langt fra CO 2 - forurening (Område A) B- serien tænkes at stamme fra dyrkningskar nær en motorvej med middel CO 2 - forurening (Område B). C- serien tænkes at stamme fra dyrkningskar nær en tung industri med meget høj CO 2 - forurening (Område C). Den ukendte prøve 14 stammer fra en af disse lokaliteter, og I skal afgøre hvor den kommer fra ved at sammenligne den med de grafer, I fremstiller for hver af serierne A, B og C. Information om spektrofotometri Alle kemiske forbindelser absorberer lys på en karakteristisk made og ved bestemte bølgelængder. Man måler lyset passage gennem en opløsning af stoffet, og får på den måde et mål for koncentrationen af stoffet. Der er en sammenhæng mellem stoffets absorption og concentration af stoffet. Sammenhængen er beskrevet i Lambert- Beers lov: Lambert- Beers lov: A = εlc hvor A er den målte absorbans (enhedsløs), ε er den molære extinctionskoefficient (eller 6
absorptionskoefficient), l er længden af lyset vej gennem prøven, og c er stofkoncentrationen i prøven. Den molære extinctionskoefficient er en konstant, og varierer fra stof til stof. Da absorbansen (A), den molære extinctionskoefficient (ε) vejlængden (l) er kendt, kan vi beregne stofkoncentrationen (c) i prøven. Fremgangsmåde Important Note: There will be a limited number of 3 spektrofotometers/ 12 groups, so arrange your time accordingly. a. Plastikrøret mærket 0 (blank, står ved fotometeret) indeholder kun havvand og tjener til at nulstille spektrofotometert til en absorbans på 0. Den starter man med. b. Hvert af de 13 plastikrør indeholder Nannochloropsis- prøver, som er udtaget på de i tabellen herunder angivne tidpunkter. Alle prøverne er fortyndet 4 gange. Husk det, når du skal regne lidt senere. c. Plastikrøret mærket 14 indeholder den ukendte prøve. Bemærk, at denne er udtaget efter 10 dage. Denne prøve er også fortyndet 4 gange. Husk det nu. d. Ræk hånden i vejret, når du er klar til at gå i gang med spektrofotometermålingerne. 7
e. Før hver måling omrystes prøven i 3-5 sekunder på vortexen (rystemaskine, pres røret ned mod gummihovedet, så ryster den kraftigt). Det er meget vigtig, så algerne ikke ligger i bunden men er jævnt fordelt. f. Husk, at du kun har 25 minutter i alt ved spektrofotometeret. Det skulle være rigeligt. g. Overfør omkring 3 ml af 0- prøven til en kuvetten, den skal være fyldt til ca. 1 cm fra toppen. Sæt kuvetten i spektrofotometeret. Det er vigtig at isætte kuvetten sådan, at lyset passerer gennem den gennemsigtige side af kuvetten. h. Tryk på Zero knappe. Apparatet er nu nulstillet (kalibreret) og displayet vil vise 0.000. i. Tag kuvetten op, og tøm indholdet ud i en dertil opstillet affaldsbeholder (glas?). Skyl den og sæt den på hovedet på en dobbelt køkkenrulleserviet. g. Brug en pipette til at udtage 3 ml af algekulturen i glas 1 og overfør den til en ny kuvette. Kontroller igen, at spektrofotometeret står på 750 nm, og følg så instruktionerne som er ved siden af spektrofotometeret. (the laboratory supervisor will provide help). Noter måleresultatet i skemaet. Tøm indholdet op i affaldsbeholderen, fyld med destilleret van dog hæld også det ud. Bank kuvetten et par gange mod et stykke foldet køkkenrulle, og tag så den næste prøve i serie A. Skift kun kuvette når du skifter til ny prøveserie. h. Noter resultatet af alle dine målinger i svararket (Table 1). Du er nu færdig ved fotometeret, forudsat at du har husket at notere omrgningsfaktoren (noteres i svararkets B.1.4) i. Tegn på det udleverede millimeterpapir en graf, som viser vækstkurven for serie A; grafen skal vise absorbansen som funktion af dage. Gør tilsvarende for de to andre serier. Alle de tre eksponentielle kurver skal tegnes i samme koordinatsystem og mærkes henholdsvis A, B og C. Hver af graferne fremstilles ved at forbinde punkterne. Dette millimeterpapir mærkes med Graph 1. j. Udfra graf 1 bestemmes hvilken region (A,B eller C) den ukendte prøve stammer. Noter svaret i svararket. 8
k. Absorbansen ved 750 nm, som vi betegner den optiske densitet (OD) skal omregnes til algetørvægt (Dry Cell Weight (DCW) (mg L - 1 )). Det gør du ved at anvende den omregningsfaktor, som du noterede (den stod på spektrofotometeret). Beregn DCW for prøverne i den serie, som den ukendte prøve stammer fra. Noter svaret i Tabel 2. l. Brug det udleverede milimeterpapir til at tegne en graf over data i table 2, som afbilleder algetørvægten (dry cell weight DCW) som funktion af tiden i dage. Denne graf kaldes Graph 2. Aflæs på grafen DCW for den ukendte prøve. Noter svaret på Graph 2. m. Hvis vi antager at 50% af tørvægten hos Nannochloropsis er triglycerider, skal du beregne koncentrationen (mg L - 1 ) af triglycerider i den prøveserie, som du har valgt (den som den ukendte tilhørte) og skriv svaret i svararket. Du skal bruge dagen med den maksimale DCW fra den serie. Noter svaret i svararkets B 1.6a n. Beregn nu hvor meget biodiesel, der dannes (mg/l). Du har følgende oplysninger: Koncentrationen af triglycerid fra spørgsmål m. herover. For hvert mol triglycerid dannes 3 mol fedtsyre (methyl ester, biodiesel) Molvægten af triglyceride (palmitin) er 807. Molvægten er methylester (palmitinsyre- methylester) er 270. Noter svaret i svararkets B1.6b. 9
Opgave 2a kemi Oprensning af NaCl SIKKERHEDSREGLER FOR EKSPERIMENTET Oprensning af NaCl 1. Brug kittel og sikkerhedsbriller når I eksperimenterer, og handsker når I håndterer kemikalier. 2. Smag aldrig på noget. Lugt aldrig direkte til dampe eller gas. 3. Mange almindelige kemikalier er meget brandfarlige. Brug dem aldrig i nærheden af åben ild. 4. Tag handskerne af når I bruger laboratoriebrænderen. 5. Efterlad aldrig tændte brændere uden opsyn. 6. Hvis kemikalier kommer i kontakt med jeres hud eller øjne, skal der omgående skylles med store mængder vand. Henvend jer til laboratorieassistenten. 7. Kemikalier skal smides ud i de opstillede affaldsbeholdere. 8. VÆR PÅPASSELIGE NÅR I ANVENDER KONCENTRERET H 2 SO 4!!!! Hæld aldrig vand i koncentreret H 2 SO 4. 10
Oprensning af NaCl Introduktion Brugen af salt til konservering af fødevarer har været kendt siden oldtiden. Salt var en integreret del af livet for alle mennesker og var ofte en del af deres vaner, traditioner og endda religion. I det antikke Rom var salt så værdifuldt, at det ofte blev brugt i stedet for penge. Faktisk kommer det engelske ord salary fra det latinske salarium, som betyder betaling med salt. Ifølge de antikke grækere symboliserer salt venskab og solidaritet. Salt kan opdeles i stensalt og havsalt. Stensalt, som udgør 70 % af verdensforbruget, blev dannet for millioner af år siden, da oceanernes vand fordampede, såvel som gennem de geologiske forandringer på Jordens overflade. Det indeholder store mængder af urenheder, som skal fjernes ved oprensning. Havsalt kommer fra havvand og indvindes i saltværker. Saltkoncentrationen varierer fra hav til hav. Nordlige have har en relativt lav koncentration, omkring 3 %, mens det Døde Hav er betydeligt højere med 8 %. Salt, NaCl, som bliver indvundet i saltværker, indholder også urenheder. Nogle af disse, som fx sand, er lette at fjerne, mens andre som sulfater (MgSO 4 eller CaSO 4 ), er langt mere vanskelige. Ideen bag oprensning af opløselige stoffer som salt er, at de opløses i vand og omkrystalliseres, enten ved afkøling eller ved tilsætning af et passende stof, fx HCl. På denne måde vil de rene stoffer krystallisere, mens urenhederne forbliver i opløsning. En sådan metode vil blive brugt i det følgende eksperiment som drejer sig om oprensning af salt. Oprensningsmetode Den anvendte oprensningsmetode involverer følgende trin: 1. Man fremstiller en mættet opløsning af stensalt. Opløsningen dekanteres om nødvendigt, dvs. hældes forsigtigt over i en anden beholder, således at man får fjernet uopløselige urenheder som fx sand. 11
2. En gas bobles igennem førnævnte opløsning, hvilket forøger koncentrationen af chloridioner (Cl - ). Dermed får man en omkrystallisation af rent NaCl, idet de opløselige urenheder vil forblive i opløsning. 3. Rent NaCl kan isoleres ved filtrering. 4. Det oprensede stof tørres i en tørreovn. Den nævnte procedure kan gentages en eller flere gange, hvis man har brug for ekstra rent NaCl. APPARATUR MATERIALER Ske Laboratorie- brænder (I) Rundbundet kolbe (A) Trevejs- rørstykke (B) Låse af forskellige størrelser til glasrør- overgange (H) Overgangsstykke til at forbinde trevejs- rørstykket med en slange (C) Tildrypningstragt (D) Bobleflaske (E) Vaskeflaske 2 plastikslanger 3 bægerglas (100, 250 og 400 ml) (G) 2 måleglas (25 and 100 ml) 1 lille tragt (F) 1 lille plastiktragt 1 stor tragt 1 stykke filterpapir 4 reagensglas 1 reagensglasstativ Konisk kolbe (250 ml) til filtrering 3 stativer 3 stativklemmer (L) 3 stativmuffer (K) Urglas Træpincet Spatel Tørreovn Vejepapir Elektronisk vægt (± 0.1 g) Vaseline Blyant Lighter Kogsalt (NaCl) Urent NaCl Koncentreret H 2 SO 4 1 M BaCl 2 (aq)- opløsning Ethanol (CH 3 CΗ 2 OH) Destilleret vand 12
Eksperimentel fremgangsmåde Vær opmærksom på, at hvis I ikke følger de givne laboratoriesikkerheds- instruktioner, kan I blive bortvist fra laboratoriet af laboratorieassistenten. 2.1 Afvej 37 g urent NaCl og overfør det til 250 ml- bægerglasset, som også indeholder 100 ml destilleret vand. (Opløseligheden af NaCl er 35,7 g / 100 ml vand ved 20 C.) Omrør indtil NaCl er opløst. Hermed er en mættet opløsning fremstillet. Hvis der er en smule uopløst stof tilbage, skal man dekantere opløsningen til et andet bægerglas på 400 ml (bægerglas G på figur 1). 2.2 Afmål 10 ml af denne opløsning og overfør til et reagensglas (opløsning 1). Gem denne prøve til trin 2.11. 2.3 Overfør 40 g kogsalt til den rundbundede kolbe (kolbe A i figur 1) og placér derefter trevejsrøret (B) på åbningen af kolben ved hjælp af en grøn glasrørs- lås. Ved hver samling af glasrør skal man bruge en smule vaseline. Derefter samles apparatet som vist i figur 2. Dette skal gøres i stinkskabet. Følg de følgende detaljerede instruktioner. Figur 1: Fotos af glasvarer og andet apparatur, der skal bruges til eksperimentet. 13
(A) Rundbundet kolbe (B) Trevejs- rørstykke (C) Overgangsstykke til at forbinde trevejs- rørstykket med en slange (D) Tildrypningstragt (2 forskellige typer er vist) (E) Bobleflaske som fungerer som opfanger (F) Lille tragt (G) 400 ml bægerglas (H) Glasrørs- låse af forskellige størrelser og farver (I) Laboratoriebrænder (K) Stativmuffe (L) Stativklemme 14
Figur 2: Den eksperimentelle opstilling til oprensningen af NaCl. Ved hjælp af en stativklemme og en stativmuffe skal man sætte den rundbundede kolbe (A) fast i stativet. Sørg for at der er plads til laboratoriebrænderen under kolben. Placér tildrypningstragten (D) på trevejsrørets øverste forbindelse ved hjælp af en gul lås af plastik. Husk at tildrypningstragtens hane skal være lukket. Brug en anden stativklemme og en anden muffe til at fæstne bobleflasken (E) til et andet stativ. Bobleflasken har to slanger forbundet. Den ene slange går til overgangsstykket (C). Sæt overgangsstykket sammen med trevejsstykket (B) og brug en blå plastiklås. Sæt den anden slange fra bobleflasken (E) fast på den lille glastragt (F). Til sidst skal man placere tragten omvendt i bægerglasset (G), idet man sikrer sig, at den er under den mættede opløsnings overflade. Fastgør tragten med en tredje stativklemme og en tredje muffe til et tredje stativ. Bed en laboratorieassistent om at kontrollere opstillingen før I går videre. 15
Che 1. Besvar spørgsmålet på svararket 2.4 Tag handsker på og hæld forsigtigt 40 ml koncentreret H 2 SO 4 op i tildrypningstragten (D). OBS: HANEN PÅ TILDRYPNINGSTRAGTEN SKAL VÆRE LUKKET 2.5 Tilsæt den koncentrerede H 2 SO 4 dråbevis til den rundbundede kolbe og opvarm kolben forsigtigt og med mellemrum. Tag handskerne af under opvarmningsproceduren. Proceduren er færdig når al den koncentrerede H 2 SO 4 er sat til NaCl- opløsningen og der ikke dannes flere bobler i bægerglas G, som indeholder den mættede NaCl- opløsning. Sørg for at tildrypningstragtens hane er lukket efter brug. Che 2 Che 4. Besvar spørgsmålene på svararket 2.6 På et stykke filterpapir skal I med en blyant skrive DK for Danmark på kanten af papiret. I stinkskabet skal man filtrere blandingen i bægerglas G. 2.7 Vask bundfaldet 3 gange med ethanol, hver gang med 10 ml. 2.8 Placér filterpapiret med stoffet på urglasset og spred stoffet jævnt ud. Anbring urglasset i tørreovnen i 40 minutter ved 110 C. Che 5 Besvar spørgsmålet på svararket 2.9 Efter tørringen af stoffet skal urglasset tages ud af ovnen med træ- pipetten. Afvej x g af det oprensede NaCl (beregninger fra Che 5) og sæt det til et 100 ml- bægerglas, som allerede indeholder 15 ml destilleret vand. Der omrøres indtil NaCl er helt opløst. Hermed har man fået dannet en opløsning med en koncentration magen til den oprindelige opløsning 1. 2.10 Overfør 10 ml af opløsningen fra 2.9 til et reagensglas (opløsning 2). 2.11 Sæt 3 dråber af BaCl 2 (aq)- opløsning til reagensglassene med opløsning 1 og 2 og omrør med en spatel. Che 6 Che 12 Besvar spørgsmålene på svararket 16
Opgave 2b kemi Elektrolyse af NaCl(aq) med grafit- elektroder C(s) Electrolyse er summen af oxidations- og reduktionsreaktionerne som forløber, når en spændingsforskel lægges over en elektrolyt, som er i enten flydende tilstand eller opløsning. I begge tilfælde er der ioner tilstede, som er frie til at bevæge sig. Redox- reaktionerne foregår på grund af en elektrisk strøm, som går gennem elektrolytten. Resultatet er, at elektrisk energi bliver omdannet til kemisk energi. Denne proces sker i en elektrolytisk celle, og et diagram af sådan en celle ses nedenfor. Figur 3: Diagram af en elektrolytisk celle. Elektrolyse har en række anvendelser, eksempelvis den industrielle produktion af Na, Al, Cl 2, HCl, NaClO, NaClO 3 og NaOH, såvel som electroplating, dvs. placeringen af et tyndt lag af et kostbart metal (fx Ag, Au eller Pt) oven på et mindre kostbart. 17
Apparatur Materialer Spændingsforsyning (5V) 2 grafit- elektroder U- formet glasrør 2.0 Μ NaCl(aq) Stativ og klemme Phenolphthalein 2 dråbepipetter 1.0 M KI(aq) 2 reagensglas Et stykke brød Reagensglasstativ 2 ledninger Eksperimentel procedure 3.1. Fastgør det U- formede glasrør på stativet ved hjælp af klemmen og overfør 2.0 M NaCl- opløsning, indtil væsken står ca. 2 cm under mundingen. Forbind grafitelektroderne til spændingsforsyningen (ca. 5 V) og placér dem i opløsningen. Lad elektrolysen køre i ca. 5 minutter. 3.2. Fjern elektroderne. 3.3. Udtag med en dråbepipette ca. 2 ml af opløsningen ved katoden og overfør til et reagensglas (opløsning C). 3.4. Udtag med en dråbepipette ca. 2 ml af opløsningen ved anoden og overfør til et andet reagensglas (opløsning A). 3.5. Tilsæt ca. 10 dråber KI(aq) til opløsning A. Che 13-18. Besvar spørgsmålene på svararket. 3.6. Tilsæt 2 3 dråber phenolphthalein til opløsning C. Che 19-23. Besvar spørgsmålene på svararket. 18
Opgave 3 fysik Måling af massekoncentrationen af en natriumclorid opløsning vha. elektrolyse Formålet er eksperimentelt a) at undersøge sammenhængen mellem elektrisk ledningsevne af en fortyndet natriumclorid opløsning og massekoncentrationen og b) at lave en standardkurve for sammenhængen mellem den elektriske ledningsevne og koncentrationen af opløsningen. Masse koncentrationen, ρ A, af stoffet Α i en opløsning er defineret som massen af stof Α i opløsningen og V er volumen af opløsningen. m V m er A ρ A =, hvor A Undersøgelsen er begrænset i massekoncentrationsområdet fra g 2 100 ml til 6 g 100 ml. Ledningsevnens sammenhæng med koncentrationen undersøges eksperimentelt og der laves en grafisk repræsentation. Grafen bruges som standardkurve til eksperimentelt at bestemme koncentrationen af en ukendt saltopløsning. Teori Eksperimentelt design Ledningsevne af en natriumchlorid opløsning Ohm s lov Det er kendt, at en opløsning indeholdende ioner kan lede den elektrisk strøm. Under visse betingelser, som er gældende under dette forsøg, vil opløsningen overholde Ohm s lov. Der placeres en natriumcloridopløsning med massekoncentratione ρ A i en beholder. Der sættes to identiske metalplader (elektroder) ned i opløsningen. Der er nu opbygget et element (batteri). Hvis der er et spændingsfald U over de to elektroder, vil der ifølge Ohm s lov løbe en strøm I, som er proportional med spændingsfaldet: I = G!U (1) 19
hvor G er en konstant, som kaldes elementets ledningsevne. Ledeningsevne er den reciprokke værdi af modstand G = 1/R. G måles i Ω -1 eller siemens (S). Ligning 1 angiver en metode til eksperimentelt at bestemme og beregne elemetets ledningsevne. Forbind elementet i et elektrisk kredsløb i serie med en modstand og brug et voltmeter til at måle spændingsforskellen over elementets poler og et amperemeter til at måle strømstyrken gennem det. Elementets ledningsevne kan så beregnes ved brug af ligning (1). Ledningsevnen af et element bestående af en opløsning indeholdende ioner afhænger af følgende faktorer: 1) Størrelsen, placeringen og udformningen af elektroderne. 2) Temperaturen af opløsningen. 3) Koncentrationen af ionerne i opløsningen. Det er klart, at hvis vi skal undersøge ledningsevnens afhængighed af en af de tre ovennævnte faktorer, er det nødvendigt af holde de to andre konstante igennem hele eksperimentet. Når I skal undersøge ledningsevnens afhængighed af opløsningens koncentration, er det derfor vigtigt at elementets elektroder holdes i samme position og at opløsningens temperatur er konstant. Under betingelserne, som eksperimentet udføres under, er det rimeligt at antage, at der er en lineæar sammenhæng mellem ledningsevnen og koncentrationen af natriumcloridopløsningen. Så, hvis vi opløser noget køkkensalt i vandhane vand og fremstiller en opløsning med koncentrationen ρ, så er opløsningens ledningseven som funktion af koncentrationen givet ved ligningen: A G= λ ρ + G (2) A 0 hvor λ og G 0 er konstanter, der afhænger af temperatur, typen af vand, og elementets opbygning. Ved at variere koncentrationen af natriumcloridopløsningen vil vi måle sammenhørende værdier af koncentrationen og ledningsevnen og tegne en med G som funktion af ρ A. Vi vil undersøge om de eksperimentelle data passer med liging (2) og bestemme værdierne af λ og G 0. 20
Udstyr og materialer 1. Funktionsgenerator (Generator YB16200). [Indstillinger: Bølgeform AC (vekselstrøm), Frekvens 1,5 khz, Effekt (Power Out) 24 Watt] 2. To multimetre. 3. 120 Ω - modstand. 4. Element system: bestående af to elektroder og en opløsning i et beholdersystem. 5. Kontankt (Switch). 6. Ledninger. 7. En målkolbe på 100 ml. 8. Beholder med seks reagensglas. 9. Plastik sprøjte 20 ml. 10. Seks plastikbægre på 100 ml. 11. Vægt 0,1 g. 12. Fast natriumclorid. 13. Plastik ske. 14. Plastik beholder. 15. Tusch (til markering) 16. Millimeterpapir. 17. 2 Lommeregner. 18. Lineal 20 cm-30 cm. 19. Blyant, kuglepen, viskelæder. 20. Køkkenpapir. Eksperimentel fremgangsmåde Husk at anvende det korrektet anal betydende cifre i alle målinger og beregninger. 1. Brug målekolben, plastiksprøjten og vægten til at fremstille fem saltvands opløsninger med massekoncentraionerne (brug vandhane vand til opløsningen): g g g g g 2, 3, 4, 5 and 6, 100 ml 100 ml 100 ml 100 ml 100 ml Hæld de 5 opløsninger i hver sin plastikbeholder og marker koncentrationen på plastikbeholderen. 2. Fyld reagensglassene halvt op med de forskellige opløsninger og marker koncentrationen på reagensglassene. 3. Placer systemet med to elektrode i det første reagensglas med saltvandskoncentrationen 21
g 2 100 ml. 4. Tegn et diagram af det elektriske kredsløb, der skal bruges til målingerne, i svararket. 5. Stil funktionsgeneratoren på 1,5 khz og hold den konstant under hele eksperimentet. Forbind kredsløbet. 6. Tilslut ikke kontakten før kredsløbet er blevet tjekket af en tilsynsførende. Den tilsysnførende vil rette kredsløbet, hvis det er nødvendigt. Vær opmærksom på at kontakten skal være åben, hvergang I ikke foretager jer nogen målinger. Indstil amplituden på funktionsgeneratoren til maksimum. Vent lidt indtil aflæsningen af spændingsforskellen og strømstyrken er stabiliseret. Skriv aflæsningerne i tabel A på svararket. Efter aflæsning åbnes kontakten. Værdierne skal aflæses med to betydende cifre. Gentag ovenstående procedure for hver af de fem saltopløsninger. Vær opmærksom på at vaske og tørre elektroderne efter hvert forsøg. Databehandling [Skriv måleresultaterne og beregninger i svararket] 1. Tegn en graf, hvor I afbilder ledningsevnen (G) som funktion af saltvandskoncentraionen (ρ A ). Tegn den bedste rette linje. 2. Brug grafen til at bestemme konstanterne λ og G 0 i ligning (2). 3. Kontakt en af de tilsysnførende for at få en saltopløsning med ukendt koncentration ρ x. Udfør forsøget med den ukendte saltopløsning og brug jeres graf til at bestemme koncentrationen af den ukendte saltopløsning. 22