elte fizikai kémiai tanszék

1

ELTE Fizikai Kémiai Tanszék

Diffúzió mérése

Riedel Miklós

2020. április

2

Fick törvények

anyagtranszport sebessége

egy felületen (A) keresztül

Fick I törvénye

Fick II törvénye

koncentrációgradiens

koncentrációváltozás sebessége

egy adott helyen

a koncentráció

hely szerinti második deriváltja

Adolf Eugen Fick

1829 - 1901 D

diffúzióállandó

d

dt

n cD A

t y

2

2

y t

c cD

t y

3

Diffúzióállandó meghatározása slírmódszerrel

• Küvettában rövid idejű diffúzió (45 perc)

• A törésmutató hely szerinti változása slírjelenséget okoz

sóoldat

víz

A koncentráció

változásának

(hely és idő)

zónájában

törésmutató-változás

(hely és idő) lép fel

Nincs

koncentrációváltozás

a küvetta két végén

(végtelen diffúzió)

4

Slír

A slír az optikai közegek (pl. az üvegek vagy itt a diffúziós elrendezés)

törésmutató-inhomogenitása, amely az egyenes vonalak látszólagos

elgörbülésében vagy árnyékjelenségben mutatkozik meg.

áramló meleg levegő

puskagolyó

lökéshulláma

Optikai üvegeknél hiba

Felhasználása – slírfényképezés (schliereneljárás)

5


• Küvettában rövid idejű diffúzió (45 perc)

• Nincs koncentrációváltozás a küvetta két végén (szabad diffúzió)

• A koncentráció változásának (hely és idő) zónájában

törésmutató-változás (hely és idő) lép fel

• A törésmutató hely szerinti változása slírjelenséget okoz

sóoldat

víz

slír

torzulás van

nincs torzulás

nincs torzulás

6


lézer fényforrás

7


lézerküvettaernyő

t

ZXnn

Dn

Y 222

12

2

o

2

max -

41

8


sóoldat

víz

Fick-egyenlet megoldása

időben csökken

Kiértékelés

9


A küvetta megtöltése

• A küvetta megtöltése vízzel félig

• Az oldat alárétegezése kapillárisban végződő

csapos pipettával

• A pipettába az oldatot a megtöltő fecskendő

segítségével buborékmentesen szívja

fel

• A csapot az alárétegezéskor teljesen nyissa ki

• A kellő szintig való megtöltés után zárja el

• Az alárétegezési idő kb. 3 – 5 perc

• Jegyezze fel az alárétegezés idejét

• A pipetta a mérés végéig a helyén marad

• A műveleteket rezgésmentesen végezze

10


A küvetta megtöltése

• A vizsgálandó oldatok viszkozitása ()

különböző

• A kiáramlás sebességet a Hagen–Poiseuille-

törvény írja le

• A pipetták kapilláris végződésének hossza

(l) különböző, a belső átmérőjük (r)

azonos

• A megfelelő sebességű alárétegezés

érdekében különböző áteresztési

sebességű pipetták vannak

• A megfelelő pipettát az oktató jelöli ki

p

l

rV

4

8

11


A küvetta

• A küvetta vastagsága 20 mm

• A küvetta és az ernyő távolságát lézeres

távolságmérővel mérje meg

Tisztítás

• A küvetta tisztítása a tisztító fecskendővel

történik

• Használat után a pipettát nagyon alaposan

mossa át desztillált vízzel, nehogy a

só beleszáradjon a kapillárisba.

Ehhez is megtöltő fecskendőt

használja

• A küvettát ne vegye le az állványról

12


Regisztrálás

• A regisztráláshoz fehér A4-es papírt használjon

• Jelölje be a ferde vonal helyét

• Jelölje be az idő függvényében a vonal maximális eltérülésének helyét

• A jegyzőkönyvbe jegyezze fel az észlelések idejét (célszerűen

megválasztott időközök, pl. 1, 2, 5, 10 percek)

• Egy mérés időtartama 50 perc

• Három párhuzamos mérést végezzen

• Mérje meg a törésmutatókat Abbe-féle refraktométerrel

• Jegyezze fel a mérés hőmérsékletét

13

Törésmutató (n) mérése Abbe-refraktométer

Teljes visszaverődés

a teljes visszaverődés határszöge

függ a törésmutatótól

n

kisebb

nagyobb

mérendő folyadék

műszer - üveghasáb

diffúz megvilágítás

innen nézzük

a határszöget olvassuk le

Fordított sugárirány

14

Abbe-refraktométer

A mérendő

folyadék felvitele

cseppentővel

Megvilágítás

A határszög

beállítása

A szög

(törésmutató)

leolvasása Ernst Karl Abbe

1840 - 1905

15

Diffúzióállandó meghatározása a

Fick II-törvény közvetlen alkalmazásával*

*M. Riedel, J. Stingli, A. L. Főző: Diffusion measurement based on Fick II equation,

1st European Conf. in Chemical Education (ECCE), Budapest, Hungary, 1998

Mérjük a koncentrációeloszlást egy küvettában

(pl. 10 helyen) az idő függvényében (pl.

óránként)

Hosszú idejű mérés (24-36 óra)

Határolt diffúzió – a koncentrációváltozás eléri a küvetta

két végét

Bemutató

2

2

y t

c cD

t y

16



A mért koncentráció a hely és az idő függvényében

2

2

y t

c cD

t y

17



A két felület hányadosa megadja a D-t

Idő szerinti első derivált Hely szerinti első derivált

2

2

y t

c cD

t y

18

ELTE Fizikai Kémiai Tanszék

Riedel Miklós

2020. április

VÉGE

Jó munkát!

Diffúzió mérése

elte fizikai kémiai tanszék

Documents