ebook Chemia fizyczna. Tom 4

Spis treści ebooka Chemia fizyczna. Tom 4

PRZEDMOWA XIII

I Pomiary i przyrządy w laboratorium 1

1. LABORATORIUM FIZYKOCHEMICZNE 3

1.1. Bezpieczeństwo w laboratorium 3
1.1.1. Stan laboratorium 4
1.1.2. Zasady pracy z chemikaliami 5
1.1.3. Źródła zagrożeń 6
1.2. Gazy techniczne 7
1.2.1. Znakowanie i dystrybucja gazów 8
1.2.2. Zasady pracy z gazami technicznymi 11
1.3. Gazy skroplone 12
1.4. Aparatura próżniowa 14
1.5. Przyrządy elektryczne oraz sprzęt komputerowy w laboratorium 16
1.6. Promieniowanie rentgenowskie 23
1.7. Odpady chemiczne 24
1.8. Woda w laboratorium 26
1.8.1. Stopnie czystości wody i jej przechowywanie 26
1.8.2. Metody otrzymywania wody oczyszczonej 27

2. SZKŁO I NACZYNIA LABORATORYJNE 31

2.1. Szkło ogólnego przeznaczenia 33
2.2. Szkło miarowe 39
2.3. Szkło specjalne do operacji z chemikaliami 45
2.4. Czystość i znakowanie szkła 47

3. CZYNNIKI CHARAKTERYZUJĄCE JAKOŚĆ POMIARÓW LABORATORYJNYCH 49

3.1. Dobra praktyka w laboratorium pomiarów fizykochemicznych 49
3.2. Niepewność pomiarów 54
3.3. Parametry charakteryzujące metodę, pomiar i wynik pomiaru 62

4. OPRACOWYWANIE WYNIKÓW POMIARÓW 66

4.1. Metody matematyczno-numeryczne stosowane w opracowywaniu wyników pomiarów 66
4.1.1. Interpolacja za pomocą wielomianów 67
4.1.2. Różniczkowanie i całkowanie numeryczne 69
4.2. Metoda najmniejszych kwadratów 70
4.2.1. Wyznaczanie parametrów dowolnej funkcji ciągłej metodą najmniejszych kwadratów 71
4.2.2. Funkcja liniowa ze względu na parametry 72
4.2.3. Funkcja liniowa ze względu na zmienną x 73
4.3. Analiza statystyczna eksperymentu fizykochemicznego 74
4.3.1. Rozkład prawdopodobieństwa w analizie statystycznej 75
4.3.2. Analiza statystyczna pomiaru jednej wielkości 76
4.3.3. Analiza statystyczna eksperymentu wyznaczającego zależność funkcyjną 78
4.3.4. Kowariancja i współczynnik korelacji 80
4.4. Dekonwolucja spektralna 81
4.5. Elementy rachunku macierzowego w chemometrii 85
4.5.1. Rozwiązywanie układu równań liniowych 87
4.5.2. Nadokreślony układ równań 89
4.5.3. Wartości osobliwe macierzy: optymalizacja przybliżeń wielowymiarowych 90

5. FIZYKOCHEMICZNE POMIARY ELEMENTARNE 93

5.1. Pomiar temperatury 93
5.1.1. Termometry 94
5.1.2. Czujniki temperatury 95
5.1.3. Bezkontaktowy pomiar temperatury 99
5.1.4. Kalibracja przyrządów do pomiaru temperatury i błędy pomiarowe 101
5.1.5. Termostatowanie 103
5.2. Pomiar ciśnienia i pompy próżniowe 104
5.2.1. Przyrządy do pomiaru ciśnienia 105
5.2.2. Podstawy techniki próżniowej 109
5.2.3. Próżniomierze 111
5.2.4. Pompy próżniowe 114
5.3. Pomiar masy: ważenie i wagi 117
5.3.1. Wagi 118
5.3.2. Kalibracja i legalizacja wag 121
5.3.3. Ważenie 122
5.3.4. Wpływ czynników fizycznych na proces ważenia 124
5.4. Pomiar objętości i analiza miareczkowa 126
5.4.1. Kalibracja i sprawdzanie pojemności naczyń miarowych 126
5.4.2. Naczynia miarowe i sporządzanie roztworów 128
5.4.3. Analiza objętościowa (wolumetryczna) 131
5.5. Pomiar stężenia substancji w roztworze 134
5.5.1. Metoda krzywej wzorcowej 135
5.5.2. Metoda dodawania wzorca 136
5.5.3. Niepewność pomiarów z wykorzystaniem wzorca 137
5.5.4. Jednostki stężenia 139

6. POMIARY ELEKTRYCZNE 141

6.1. Pomiary napięć oraz prądów stałych i zmiennych 141
6.1.1. Różnica potencjałów 141
6.1.2. Pomiar natężenia prądu stałego 144
6.1.3. Pomiary napięcia i natężenia prądu zmiennego 145
6.1.4. Pomiar impedancji 146
6.2. Mierniki i zasilacze elektryczne 148
6.2.1. Mierniki analogowe, cyfrowe, multimetry 148
6.2.2. Oscyloskopy analogowe i cyfrowe 150
6.2.3. Generatory 151
6.2.4. Zasilacze elektryczne 151
6.2.5. Zasilacze awaryjne (UPS) 153
6.2.6. Potencjostat 154
6.3. Pomiar pH 155
6.3.1. Wykładnik stężenia jonów wodorowych (pH) 155
6.3.2. Elektrochemiczny pomiar pH 157
6.3.3. Pehametry 159
6.3.4. Dokładność i precyzja pomiaru pH 164
6.4. Pomiar przewodności — konduktometry 167
6.4.1. Pomiar przewodności elektrolitycznej (konduktywności) 168
6.4.2. Wpływ temperatury na pomiar przewodności elektrolitycznej 171
6.4.3. Zjawiska przyelektrodowe — impedancja interfazy 172
6.4.4. Kalibracja czujnika 174

7. POMIARY OPTYCZNE 176

7.1. Współczynnik załamania światła 176
7.2. Skręcalność optyczna 181
7.3. Interferometry 183
7.4. Pomiar natężenia promieniowania 188
7.4.1. Detektory promieniowania 188
7.4.2. Absorbancja, transmitancja i niepewność ich pomiaru 190
7.5. Monochromatory 192
7.5.1. Filtry optyczne 192
7.5.2. Monochromatory siatkowe 196
7.5.3. Monochromatory pryzmatyczne 198
7.5.4. Zdolność rozdzielcza monochromatora 199
7.6. Spektrofotometry UV–VIS 201
7.6.1. Spektrofotometry absorpcyjne 203
7.6.2. Spektrofotometry fluorescencyjne 205
7.6.3. Spektrometr ramanowski 207
7.7. Spektrofotometry i metodyka spektroskopii IR 208
7.8. Metoda ATR 214
7.9. Densytometry 217

8. POMIARY GĘSTOŚCI, LEPKOŚCI I NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO 221

8.1. Gęstość 221
8.1.1. Prawo Archimedesa 222
8.1.2. Piknometr 224
8.1.3. Gęstościomierze elektroniczne 225
8.2. Lepkościomerze 226
8.2.1. Prawo Poiseuille’a 226
8.2.2. Prawo Stokesa 228
8.2.3. Wiskozymetry dynamiczne 230
8.3. Pomiar napięcia powierzchniowego 231
8.3.1. Wzniesienie kapilarne 232
8.3.2. Stalagmometr 233
8.3.3. Metoda pęcherzykowa 235
8.3.4. Tensjometr 236
8.3.5. Płytka Wilhelmy’ego 237

9. POMIAR CIEPŁA – KALORYMETRY 239

9.1. Kalorymetry adiabatyczne 240
9.2. Kalorymetry diatermiczne 241
9.3. Różnicowy kalorymetr skaningowy 246

10. APARATURA SPECJALNA 249

10.1. Chromatografia 249
10.1.1. Chromatograf gazowy 249
10.1.2. Chromatograf cieczowy 252
10.2. Spektrometria mas 255
10.2.1. Podstawy pierwotnej metody 256
10.2.2. Wprowadzanie próbek 257
10.2.3. Jonizacja 257
10.2.4. Analizator 261
10.2.5. Detektory 263
10.2.6. Widmo mas 263
10.3. Spektrometria atomowa z wykorzystaniem plazmy ICP 265
10.3.1. Plazma 265
10.3.2. Generowanie plazmy indukcyjnie sprzężonej 266
10.3.3. Spektrometry emisyjne ICP OES 267
10.3.4. Metoda ICP MS 270
10.4. Rentgenowska spektroskopia fotoelektronów 273
10.5. Dyfraktometr proszkowy 276
10.5.1. Metoda rentgenografii proszkowej 276
10.5.2. Źródło promieniowania rentgenowskiego 278
10.5.3. Dyfraktometr 280
10.5.4. Pomiary dyfraktometryczne 282
10.6. Spektrometry magnetyczne 284
10.6.1. Spektrometr jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR) 284
10.6.2. Spektrometr EPR pracujący w systemie fali ciągłej 288

II Eksperymenty fizykochemiczne 293

11. PODSTAWY TERMODYNAMIKI, TERMOCHEMIA, STATYKA CHEMICZNA 295

11.1. Cząstkowe objętości molowe 295
11.2. Masa molowa 298
11.3. Ciepło spalania 301
11.4. Ciepło rozpuszczania 306
11.5. Ciepło hydratacji 310
11.6. Ciepło zobojętniania 313
11.7. Ciepło parowania 317
11.8. Ciepło przemiany fazowej 323
11.9. Równowaga rozpuszczalności 325
11.10.Stała równowagi reakcji w roztworze 329
11.11.Stała równowagi tworzenia kompleksu 333
11.12.Stała równowagi reakcji heterogenicznej 337

12. RÓWNOWAGI FAZOWE W UKŁADACH WIELOSKŁADNIKOWYCH 341

12.1. Równowaga ciecz–para 341
12.2. Współczynniki lotności względnej 349
12.3. Linia destylacji 353
12.4. Półki teoretyczne w kolumnie rektyfikacyjnej 356
12.5. Heteroazeotrop 361
12.6. Destylacja z parą wodną 363
12.7. Równowaga ciecz–ciało stałe w układach dwuskładnikowych 366
12.8. Kriometryczna metoda wyznaczania masy molowej 370
12.9. Wyznaczanie współczynników aktywności metodą kriometryczną 373
12.10.Ebuliometryczna metoda wyznaczania masy molowej 377
12.11.Osmoza 380
12.12.Współczynnik podziału 383
12.13.Rozpuszczalność wzajemna trzech cieczy 387
12.14.Ekstrakcja 394

13. ZJAWISKA POWIERZCHNIOWE I DYNAMICZNE 400

13.1. Adsorpcja z fazy gazowej 400
13.1.1. Powierzchnia właściwa adsorbentu 400
13.1.2. Struktura porowata ciał stałych 405
13.2. Adsorpcja z fazy ciekłej 411
13.2.1. Izoterma Langmuira 411
13.2.2. Izoterma Freundlicha 417
13.3. Chromatografia 419
13.3.1. Chromatografia gazowa 419
13.3.2. Chromatografia cieczowa 421
13.3.3. Wyznaczanie izotermy BET metodą inwersyjnej chromatografii 424
13.4. Kwasowość powierzchni 429
13.4.1. Temperaturowo programowana desorpcja amoniaku 429
13.4.2. Widma w podczerwieni adsorbowanej pirydyny 432
13.5. Napięcie powierzchniowe cieczy 435
13.5.1. Metoda pęcherzykowa 435
13.5.2. Stalagmometr 437
13.5.3. Metoda płytkowa 439
13.6. Izoterma Gibbsa 440
13.7 Potencjał elektrokinetyczny dzeta 444
13.8. Masa molowa koloidu 452
13.9. Lepkość 456
13.9.1. Lepkość cieczy nienewtonowskich 456
13.9.2. Temperaturowa zależność lepkości cieczy 458
13.9.3. Lepkość gazu 460
13.10.Dyfuzja 462
13.10.1. Dyfuzja w roztworze 463
13.10.2. Dyfuzja na granicy ciecz/faza stała 467

14. ELEKTROCHEMIA I RÓWNOWAGI JONOWE 471

14.1. Pehametria 471
14.1.1. Półogniwa pehametryczne 472
14.1.2. Krzywa miareczkowania 476
14.1.3. Pojemność buforowa 478
14.2. Stała dysocjacji 482
14.2.1. Metoda pehametryczna 483
14.2.2. Metoda spektrofotometryczna 486
14.3. Ogniwa elektrochemiczne 490
14.3.1. Siła elektromotoryczna 491
14.3.2. Termodynamika ogniwa 495
14.4. Współczynniki aktywności elektrolitu 499
14.5. Potencjał dyfuzyjny 503
14.6. Przewodnictwo elektrolityczne 507
14.6.1. Elektrolity mocne 507
14.6.2. Elektrolity słabe 510
14.6.3. Stopione sole 513
14.7. Liczby przenoszenia 517
14.7.1. Metoda ruchomej granicy 517
14.7.2. Metoda Hittorfa 521
14.8. Szybkość korozji metali 524
14.8.1. Ekstrapolacja Tafela 524
14.8.2. Metoda oporu polaryzacyjnego 527
14.8.3. Metoda impedancyjna 528
14.9. Elektrochemiczne metody analityczne 531
14.9.1. Polarografia 532
14.9.2. Miareczkowanie potencjometryczne 535
14.9.3. Miareczkowanie konduktometryczne 537
14.9.4. Miareczkowanie amperometryczne 539
14.9.5. Miareczkowanie amperometryczne z dwiema elektrodami spolaryzowanymi (do martwego punktu) 542
14.9.6. Miareczkowanie oscylometryczne 543

15. KINETYKA CHEMICZNA 545

15.1. Hydroliza estru 545
15.1.1. Reakcja w środowisku kwasownym 546
15.1.2. Reakcja w środowisku zasadowym: stała szybkości 550
15.1.3. Reakcja w środowisku zasadowym: energia aktywacji 553
15.2. Rozkład jonu kompleksowego 558
15.3. Inwersja sacharozy 560
15.4. Reakcja Landoldta 564
15.4.1. Rząd reakcji 565
15.4.2. Energia aktywacji 567
15.4.3. Stała szybkości i pierwotny efekt solny 569
15.5. Katalityczny rozkład nadtlenku wodoru 571
15.6. Reakcja enzymatyczna 574
15.7. Kinetyka wzrostu mikroorganizmów 579
15.8. Reaktory 585
15.8.1. Reaktor okresowy mieszalnikowy 585
15.8.2. Reaktor ciągły mieszalnikowy 589
15.8.3. Reaktor ciągły kolumnowy 592

16. WIDMA ATOMOWE I ANALIZA ŚLADOWA 597

16.1. Temperatura wzbudzenia swobodnych atomów i jonów 597
16.2. Gęstość elektronowa plazmy 603
16.3. Współczynniki Einsteina dla emisji samorzutnej 608
16.4. Widma XPS oraz UPS 612
16.4.1. Badanie składu chemicznego warstwy powierzchniowej metodą XPS 612
16.4.2. Wpływ trawienia powierzchniowego na widmo UPS 618
16.5. Widma mas 621
16.5.1. Analiza perfum 621
16.5.2. Wyznaczanie masy molowej 624
16.6. Analiza śladowa metodą ICP OES w akredytowanym laboratorium analitycznym 625

17. SPEKTROSKOPIA MOLEKULARNA 631

17.1. Prawo Lamberta–Beera i prawo addytywności absorbancji 631
17.2. Widmo absorpcyjne substancji w roztworze 636
17.3. Struktura wibronowa pasm absorpcyjnych 642
17.4. Analiza struktury rotacyjnej widma 650
17.5. Wyznaczanie temperatury rotacyjnej 657
17.6. Analiza struktury oscylacyjnej widma 661
17.7. Widmo Ramana 667
17.8. Widmo oscylacyjne 669
17.8.1. Widmo w podczerwieni i widmo Ramana 670
17.8.2. Spektrofotometryczne wyznaczanie pK_a aminokwasu w wodzie 674
17.9. Wpływ temperatury na widmo oscylacyjne 679
17.10.Wygaszanie fluorescencji 687
17.11.Fluorescencja ekscymerowa 693
17.12.Luminescencja w niskiej temperaturze 696
17.13.Wielowymiarowe widma luminescencji 703
17.14.Widma NMR 707
17.14.1. Stałe sprzężenia 707
17.14.2. Widma wielowymiarowe 712
17.15.Izomeryzacja badana metodą NMR 715
17.16.Parametry widma EPR 720

18. STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE MATERIAŁÓW 727

18.1. Parametry strukturalne polimeru z pomiarów rentgenograficznych 727
18.1.1. Ułamek masowy fazy krystalicznej, metoda dyfraktometrii szerokokątowej 728
18.1.2. Parametry struktury lamelarnej, metoda dyfraktometrii niskokątowej 731
18.2. Przemiany fazowe materiału krystalicznego 732
18.3. Rozszerzalność termiczna kryształów 737
18.4. Moment dipolowy 739
18.5. Refraktometria 745
18.5.1. Struktura związku organicznego 746
18.5.2. Refraktometryczna krzywa wzorcowa 748
18.6. Polarymetria 749
18.7. Interferometria 752
18.8. Nefelometria 754

19. FOTOCHEMIA 759

19.1. Aktynometria 759
19.2. Wydajność kwantowa fluorescencji 764
19.3. Sensytometria 771
19.4. Spektrosensytometria 776
19.5. Pomiar barwy metodą spektrofotometryczną 782

20. ZESTAWIENIE WAŻNIEJSZYCH DANYCH LICZBOWYCH 791

20.1. Gęstość cieczy wzorcowych w zależności od temperatury 791
20.2. Dane termochemiczne 795
20.3. Poprawki stalagmometryczne i współczynniki wiskozymetryczne 796
20.4. Roztwory buforowe stosowane w elektrochemii i kinetyce chemicznej 797
20.4.1. Wzorce pH 797
20.4.2. Bufor uniwersalny według McIlvaine’a 798
20.4.3. Kwasowy bufor według Clarka–Lubsa 799
20.4.4. Zasadowy bufor boranowy o pH = 9,23 799
20.5. Wartości parametrów w równaniu Debye’a–Hückla–Onsagera 800
20.6. Właściwości półogniwa kalomelowego 800
20.7. Przydatne roztwory elektrolitów 801
20.7.1. Roztwory wzorcowe w konduktometrii 802
20.8. Refrakcje molowe 803
20.9. Użyteczne dane w spektroskopii i fotochemii 804

LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA 814
SKOROWIDZ 824

Szczegóły ebooka Chemia fizyczna. Tom 4

Wydawca:

Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania:

2013

Typ publikacji:

Ebook

Język:

polski

Format:

pdf

ISBN:

978-83-01-17225-1

ISBN wersji papierowej:

978-83-01-17225-1

Wydanie:

1

Redakcja:

Ludwik Komorowski,Andrzej Olszowski

Miejsce wydania:

Warszawa

Liczba Stron:

860

Recenzje ebooka Chemia fizyczna. Tom 4