EBOOKI WYDAWCY
Redakcja:
Wydawca:
Format:
pdf, ibuk
W książce przedstawiono eksperymentalne i teoretyczne metody fizykochemii wykorzystywane rutynowo jako niezbędne narzędzia badawcze, kontrolne i diagnostyczne.
W pierwszej części opisano podstawowe zagadnienia kluczowe do skutecznego, bezpiecznego i twórczego wykonywania pracy eksperymentalnej z użyciem specjalistycznego sprzętu i aparatury. W szczególności omówiono:
· zasady i bezpieczeństwo pracy laboratoryjnej;
· podstawy pomiarów fizykochemicznych;
· metody opracowania wyników wraz z zasadami określania niepewności pomiarów i wyników;
· przyrządy i aparaturę pomiarową.
W drugiej części zgromadzono opisy doświadczeń ilustrujących podstawowe prawa i zjawiska z zakresu fizykochemii, wykonywanych w typowych warunkach laboratoryjnych. Uwzględniono doświadczenia o charakterze demonstracyjnym, ćwiczenia w skutecznym wykonywaniu pomiarów oraz eksperymenty służące do obliczania wielkości fizykochemicznych na podstawie pomiaru wielkości elementarnych. Wiele miejsca poświęcono eksperymentom analitycznym. Opisy eksperymentów są prezentowane wraz z realnymi wynikami i stosowną dyskusją ich niepewności.
Książka zamyka cykl "Chemia fizyczna", w skład którego wchodzą jeszcze dwa tomy omawiające teoretyczne aspekty fizykochemii ogólnej oraz tom poświęcony praktycznym problemom obliczeniowym. Pozycje te stanowią spójną całość i powinny się znaleźć w bibliotece wszystkich osób zajmujących się pracą eksperymentalną, w której elementy fizykochemii są podstawą stosowanych powszechnie metod pomiarowych.
Rok wydania | 2013 |
---|---|
Liczba stron | 860 |
Kategoria | Chemia fizyczna |
Wydawca | Wydawnictwo Naukowe PWN |
ISBN-13 | 978-83-01-17225-1 |
Numer wydania | 1 |
Język publikacji | polski |
Informacja o sprzedawcy | ePWN sp. z o.o. |
EBOOKI WYDAWCY
POLECAMY
Ciekawe propozycje
Spis treści
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 pKa 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 |