Inhaltsverzeichnis. 1 Einleitung 2

Transkript

1 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitun 2 2 Physikalische Grundlaen Polarisiertes Licht Erzeuun von polarisiertem Licht Polarisator und Analysator Das Glan-Thompson-Prisma Polarisationsdrehun und optische Aktivität Das Halbschattenpolarimeter Versuchsdurchführun und Auswertun Drehun durch Zucker Saccharose Glucose Saccharose Fehler in der Messun Reaktionskinetik der Invertase Durchführun Auswertun Verleich der Erebnisse Fehlerdisskusion Fraen 12 5 Verzeichnisse Abbildunsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Anhan A: Messprotokoll aus dem Praktikum 1

2 1 Einleitun Die Eienschaft chiraler Moleküle die Polarisationsebene von Licht zu ändern kann technisch enutzt werden, um beispielsweise Konzentrationen in Lösunen zu bestimmen. Viele der in der Natur vorkommenden Zucker haben enau diese Eienschaft, so dass eine optische Konzentrationsbestimmun mölich ist. In diesem Versuch soll die optische Aktivität verschiedener Zucker und die Reaktionseschwindikeit eines zuckerspaltenden Enzyms, der Invertase, durch eine Polarisationsmessun untersucht werden. 2 Physikalische Grundlaen Im Folenden sollen die für den Versuch wichtien physikalischen Grundlaen enannt und erklärt werden. 2.1 Polarisiertes Licht Die Wellenoptik beschreibt Licht als eine elektromanetische Welle. Dabei kann jedem Wellenzu aufrund der Schwinunsebene des elektrischen Felds eine Polarisationsrichtun zuewiesen werden. Im Allemeinen haben Lichtwellen aus einer thermischen Lichtquelle, beispielsweise der Sonne oder einer Glühbirne, statistisch verteilte Polarisationsrichtunen. Nur wenie technische Lichtquellen erzeuen polarisiertes Licht, also Lichtwellen deren Polarisationsrichtunen parallel sind. Grundsätzlich ibt es verschiedene Arten von polarisiertem Licht. Bei einer linear polarisierten Lichtwelle zeit der Amplitudenvektor des elektrischen Feldes immer in eine bestimmte Richtun und ändert seinen Betra nicht. Als wichtier Spezialfall ist auch die zirkuläre Polarisation von Licht zu betrachten. Dabei bleibt der Betra des elektrischen Feldvektors konstant, verändert aber mit konstanter Winkeleschwindikeit beim Voranschreiten der Welle seine Richtun. Analo zum zirkulär polarisierten Licht verändert sich die Richtun des Amplitdudenvektors bei elliptisch polarisierten Wellen. Zusätzlich ändert sich hier periodisch der Betra des Amplitudenvektors. Für diesen Versuch ist allerdins nur linear polarisiertes Licht wichti Erzeuun von polarisiertem Licht Zur Erzeuun von Polarisiertem Licht werden Polarisatoren einesetzt. Dieser besteht entweder aus einer bestimmten Anordnun verschiedener Prismen oder aus parallelen Kristallplatten, die als Filter wirkten. Ein Beispiel für ein Polarisationsprisma ist das Glan-Thompson-Prisma, dessen Funktionsweise im nächsten Abschnitt näher erläutert wird. Bei fast allen Polarisatoren wird die Polarisation durch Reflektion, Doppelbrechun oder dichroitische Kristalle erreicht. Bei der Polarisation durch Reflektion wird unpolarisiertes Licht in einem bestimmten Winkel, dem Brewsterwinkel, auf einen teilweise reflektierenden Stoff, zum Beispiel Glas estrahlt. Bei einer Bestrahlun mit dem Bresterwinkel stehen die transmittierten und reflektierten Wellen in einem Winkel von 90 zueinander. Die reflektierte Welle enthällt dann Aufrund der Abstrahlcharakteristik der schwinenden Dipole an der Grenzschicht 2

3 nur eine zur Einfallsebene senkrechte Komponente. Dichroitische Kristalle sind anistotrope Kristallstrukturen, die richtunsabhänie Rückstellkräfte für die zu Schwinunen anereten Elektronen besitzen. Dadurch ist der Absorbtionskoeffizient bei einer bestimmten Wellenläne von der Polarisationsrichtun des einfallenden Lichts abhäni. Bei enüend lanem We durch die Kristalle wird so Licht einer bestimmten Polarisation nahezu vollständi absorbiert, während senkrecht polarisiertes Licht nur weni eschwächt wird. Das Prinzip der Polarisation mittels Doppelbrechun wird im Abschnitt 2.2 näher beschrieben Polarisator und Analysator Nach einem Polarisationsfilter haben alle Lichtwellen eine ewisse, von der Stellun des Polarisationsfilter abhänie Polarisationsrichtun. Stellt man nun zwei Polarisationsfilter hintereinander, so kann ein vom Winkel der Polarisationsebenen der Filter abhänie Intensitätsabschwächun beobachtet werden. Ändert man den Winkel der Polarisationsebenen zueinander, verändert sich ebenfalls die Intensität des transmittierten Lichts bis dahin, dass bei einer Stellun von 90 kein Licht mehr wahrzunehmen ist. Erklären kann man dieses Phänomen dadurch, dass sich jede polarisierte Welle als lineare Überlaerun von zwei anderen linear polarisierten Wellen darstellen lässt. Wählt man nun für eine polarisierte Welle eine Linearkombination aus einer Welle parallel und einer orthoonal zur Polarisationsebene des zweiten Polarisators, so entspricht die elektrische Feldamplitude der durch den zweiten Filter transmittierten Welle der Amplitude der parallelen Teilwelle. Da die Intensität mit dem Quadrat der Feldamplitude skaliert, führt die Verminderun der Feldamplitude zu einer Intensitätsschwächun bis hin zu einer vollständien Absorbtion, wenn der Anteil des parallelen Feldamplitude null ist. Die Intensität des transmittierten Lichts wird maximal wenn die Polarisationsebenen beider Polarisationsfilter parallel verlaufen. In einer Anordnun aus zwei Polarisationsfiltern wird der erste der Filter im Lichtwe meist als Polarisator, der letzte als Analysator bezeichnet. 2.2 Das Glan-Thompson-Prisma Für die Polarisation von Licht mit roßer Intensität einet sich die Doppelbrechun am besten. Die Doppelbrechun bezeichnet ein Phänomen, bei dem ein Medium für Licht unterschiedlicher Polarisation eine unterschiedliche Brechzahl aufweist. Dabei wird ein Lichtstrahl in einen ordentlichen Strahl, dessen Polarisation dann senkrecht zur optischen Achse des Materials steht, und einen außerordentlichen Strahl, der dann parallel zur optischen Achse polarisiert ist, zerlet. Das Glan-Thompson-Prisma besteht aus zwei aneinanderesetzen doppelbrechenden Prismen, deren Endflächen senkrecht zur Einfallsrichtun des Lichts eschliffen wurden. Die optische Achse der Prismen ist hierbei parallel zu den Endflächen. Zwischen den Prismen befindet sich ein spezieller optischer Leiter, meist Kanadabalsam, dessen Brechzahl n K kleiner als die Brechzahl n O des ordentlichen, aber rößer als die Brechzahl n A des außerordentlichen Strahls ist. Beim Eintritt in das erste Prisma werden die Lichtstrahlen nicht ebrochen, da hier der Einfallswinkel 90 beträt. Beim Überan vom ersten Prisma in den Kanadabalsam wird der ordentliche Strahl totalreflektiert, während der außerordentliche Strahl nur ebrochen wird. Der ordentliche Strahl verlässt das erste Prisma durch die 3

4 Seitenfläche, während der außerordentliche Strahl nach einer Brechun an der Überansfläche von Kanadabalsam und zweitem Prisma das zweite Prisma ohne Versatz verlässt. Der schematische Strahlenverlauf im Prisma ist in Abbildun (1) darestellt. optische Achse ordentlicher Strahl außerordentlicher Strahl Abbildun 1: Schematischer Strahlverlauf im Glan-Thompson-Prisma. Beim Überan von Prisma in die Zwischenschicht wird der ordentliche Strahl totalreflekiert, während der außerordentliche Strahl transmittiert wird. Einie Vorteile des Glan-Thompson-Prismas sind, dass fast die esamte Eintrittsfläche enutzt werden kann, die Anordnun an Prismen kürzer als die herkömmlich einesetzen Prismenpolarisatoren ist und der Ausansstrahl keinen Versatz zum Einansstrahl aufweist. 2.3 Polarisationsdrehun und optische Aktivität Neben dem Einsatz in Prismenpolarisatoren können anisotrope Stoffe auch zur Veränderun der Polarisation bzw. der Polarisationsebene einesetzt werden. So werden zur Erzeuun von zirkulär polarisiertem aus linear polarisiertem Licht (und auch umekehrt) λ/4-plättchen einesetzt. Hierbei wird die optische Achse des anisotropen Stoffs im Winkel von 45 zur Polarisation der Welle auserichtet. Aufrund der unterschiedlichen Brechunszahlen n 1 bzw n 2 für die unterschiedlichen Polarisationen, entsteht zwischen den senkrechten Anteilen der polarisierten Welle eine Phasenverschiebun. Δϕ = 2π d(n 3 n 1 ) λ 0 Wird die Dicke d des Plättchens so ewählt, dass der Phasenunterschied enau π/2 beträt, wird aus einer linear polarisierten Welle eine zirkular polarisierte und umekehrt. Die Polarisationsebene einer linear polarisierten Wellen wird beim Durchan durch ein doppelt so dickes λ/2-plättchen enau um α =90 edreht. Durch Drehen des Plättchens um die Einfallrichtun lässt sich so jede ewünschte Drehun um α = 2ϕ realisieren. NebendenanisotropenStoffenibtesnochoptisch aktive Stoffe. Diese drehen die Polarisationebene von linear polarisiertem Licht. Die Drehun ist im allemeinen nicht Richtunsabhäni. Der Winkel der Drehun skaliert linear mit dem Lichtwe durch den entsprechenden Stoff. Der Proportionalitätsfaktor zwischen Drehwinkel α und Lichtweläne d wird als Drehvermöen α s bezeichet. Es ist: α = α s d [α s ]= 1 m 4

5 Man unterscheidet in diesem Zusammenhan zwischen rechts- und linksdrehenden Stoffen. Der Drehsinn ist in Lichtausbreitunsrichtun definiert. Dabei wird eine Drehun nach rechts mit d (für dexter ) oder (+) und eine Drehun nach links mit l (für laevus ) oder (-) bezeichnet. Die Ursuache der optischen Aktivität ist rundleend nur mit der Quantentheorie mölich. Eine möliche, aber nicht korrekte Erklärun des Phänomens liefert das Modell von schwinenden atomaren Dipolen, die durch linear polarisiertes Licht zu elliptischen Schwinunen um die Ausbreitunsrichtun aneret werden. Hierbei ist die Stuktur der optisch aktiven Stoffe entscheidend. Viele der optisch aktiven Stoffe kommen in zueinander spieelsymmetrischer Struktur vor, wobei die eine Konfiuration des Stoffes linksdrehend und die andere rechtsdrehend ist. Moleküle die eine Spieelisometrie, also spieelbildliche Stukturen aufweisen, werden auch als chirale Moleküle bezeichnet. Zucker sind chirale Moleküle, die auch elöst die Fähikeit haben, Licht zu drehen. Hier eribt sich nun ein von der Konzentration der Lösun abhänies Drehvermöen. Ist c die molare Konzentration einer Lösun und l die Läne des Lichtwes durch die Lösun, ilt für den Drehwinkel α: α = α c l c [α c ]= 1 ml m Im Allemeinen ist das Drehvermöen noch von der Temperatur und der Wellenläne des verwendeten Lichts abhäni. Diese Abhänikeit soll in diesem Versuch allerdins vernachlässit werden. Die optische Aktivität von Zuckern und der Drehsinn ist durch die Anordun von Kohlenstoff-Gruppen bedint. Das Drehvermöen lässt sich experimentell in Polarimetern bestimmen. 2.4 Das Halbschattenpolarimeter Ein Polarimeter besteht im einfachsten Fall aus einer Anordun von zwei Polarisatoren, zwischen die eine optisch aktive Substanz einebracht wird. Anhand der Polarisationsebenen der Polarisatoren und der Lichtweläne durch das optisch akive Medium kann auf den Drehwinkel und somit auf das Drehvermöen eschlossen werden. Dazu wird der Analysator, also der Polarisator nach der Substanz so edreht, dass entweder ein Maximum oder Minimum der Intensität vorliet. Beim Maximum ist die Polarisationsebene des Lichts parallel zur Polarisationsebene des Analysators, beim Minimim der Intensität stehen beide senkrecht zueinander. Diese Messun ist allerdins im allemeinen ziemlich unenau, da Minima und Maxima der Intensität kaum exakt auszumachen sind. Eine bessere Mölichkeit eine Drehun zu messen bietet das Halbschattenpolarimeter. Hierbei ist an den Polarisator ein λ/2-plättchen anebracht, wodurch ein Teil des Lichts ein um einen bestimmten Winkel zur ursprünlichen Polarisationsebene edreht wird. Nach dem Analysator haben nun beide Lichtwellen eine leiche Intensität, wenn sich die Analysatorebene senkrecht oder parallel zur Winkelhalbierenden der Polarisationsrichtunen des ursprünlichen Lichts befinden. Dabei ist die Intensität bei paralleler Stellun rößer als bei orthoonaler. Anders als bei einem normalen Polarimeter muss hier zusätzlich noch der relative Nullpunkt ohne Substrat emessen werden um später eine Aussae über die Drehun der Polarisation durch ein Substrat zu machen. Zudem sollte der dunklere Intensitätsableich emessen werden. Grund hierfür ist die Intensitätsfunktion I(ϕ) in Abhänikeit des Winkels ϕ. Wie oben schon anedeutet lässt sich die Amplitude des elektrischen Feldes nach 5

6 dem Analysator in Abhänikeit des Winkels ϕ zwischen Feldvektor und Polarisationsebene des Analysators durch E(ϕ) =E 0 cos(ϕ) beschreiben. Wir wissen nun aber, dass sich die Intensität von Licht proportional zum Quadrat der Feldamplitude verhält. Ist nun die Intensität des Feldes mit der Amplitude E 0 eeben als I 0 eribt sich für die Intensität: I(ϕ) =I 0 (cos ϕ) 2 Wir wissen dass der Cosinus für Vielfache des rechten Winkels eine Nullstelle hat und eben enau bei diesen Winkeln die höchste Steiun aufweist. Gleiches ilt auch für das Cosinusquadrat. Misst man nun eine Intensität die nahe der Null ist, verändert eine kleine Abweichun des Winkels die Intensität stärker als bei einer rößeren Intensität. Eine Messun ist demnach exakter für erinere Intensitäten mölich. Im Versuch wird ein Halbschattenpolarimeter nach Laurent zur Bestimmun der Drehun enutzt. Hierbei wird als Lichtquelle Umebunslicht enutzt. Polarisator und Analysator sind Glen-Thompson-Prismen. Im Gesichtsfeld sort eine Laurentsche Quarzplatte, ein λ/2-plättchen, für eine Dreiteilun des Gesichtfeldes, wobei Licht, das in den äußeren Feldern zu sehen ist eine andere Polarisationsebene aufweist, als das Licht, welches durch das Quarzplatte transmittiert wurde. Zur Hablbschattenmessun wird versucht die Hellikeit der drei Bereiche durch die Drehun des Analysators zur Deckun zu brinen. Die Lae der Prismen ist dabei unerheblich, da Winkeldifferenzen zu einer Referenzprobe mit normalem destilliertem Wasser emessen werden. 3 Versuchsdurchführun und Auswertun Im Versuch soll das Drehvermöen von drei Zuckern, Saccharose, Glucose und Fructose bestimmt werden. Anhand der unterschiedlichen Drehvermöen der Zucker soll in einem zweiten Teil die Reaktionseschwindikeit des Enzyms Invertase, welches den Doppelzuckker Saccharose in die Einfachzucker Glucose und Fructose aufspaltet, untersucht werden. 3.1 Drehun durch Zucker Alle Messunen erfolen im Laurentschen Halbschattenpolarimeter. Der Lichtwe durch die Küvette beträt bei allen Versuchen l = 200mm Der Wert eribt sich aus den Anaben des Küvettenherstellers, weshalb ein Fehler nicht bekannt ist. Wie oben bereits erwähnt muss dabei erst ein Referenzwinkel emessen werden. Dazu wird die Versuchsküvette mit destilliertem Wasser efüllt. Der Referenzwinkel bzw. Nullwinkel wurde somit auf α 0 = 7.00(5) bestimmt. Der aneebene Fehler ist ein Schätzwert für den Fehler der einzelnen Winkelmessunen durch Unenauikeit der Intensitätsbestimmun und Ermittlun des Winkels anhand der am Polarimeter befindlichen Skala. 6

7 3.1.1 Saccharose Zur Messun des Drehunswinkels von Saccharose wurde Saccharose (C 12 H 22 O 11 )der Masse m S =3.42(10) in einem Glas der Masse m Glas = (10) zu einer Gesamtmasse von m Ges = (10) mit destilliertem Wasser aufefüllt. Mit der Dichte von Wasser bei Zimmertemperatur ρ W =1 ml eribt sich die Konzentration der Lösun zu m S c S = ρ W =0.1343(7) m Ges m Glas m S ml Nach dem Einfüllen der Lösun in die Messküvette wurde der Drehwinkel im Halbschattenpolarimeter als α =+9.15(5) bestimmt. Mit der Definition des Drehvermöens eribt sich das Drehvermöen von Saccharose als α S = α α 0 = 601(4) l c S m ml Dieser Wert zeit eine sehr roße Abweichun vom Literaturwert von α S = 665 /m Glucose Zur Messun des Drehunswinkels von Glucose wurde Glucosemonohydrat (C 6 H 12 O 6 H 2 O) der Masse m G =1.98(10) in einem Glas der Masse m Glas = (10) zu einer Gesamtmasse von m Ges = (10) mit destilliertem Wasser aufefüllt. Mit der Dichte von Wasser bei Zimmertemperatur ρ W =1 ml eribt sich die Konzentration der Lösun zu m S c S = ρ W =0.0740(3) m Ges m Glas m S ml Nach dem Einfüllen der Lösun in die Messküvette wurde der Drehwinkel im Halbschattenpolarimeter als α =+6.52(5) bestimmt. Mit der Definition des Drehvermöens eribt sich das Drehvermöen von Saccharose als α S = α α 0 = 912(7) l c S m ml Die roße Abweichun zum Literaturwert von 525 /m von mehr als 70% lässt auf einen Fehler in der Messun schließen. 7

8 3.1.3 Saccharose Zur Messun des Drehunswinkels von Fructose wurde Fruchtose (C 6 H 12 O 6 ) der Masse in einem Glas der Masse m S =1.80(10) m Glas = (10) zu einer Gesamtmasse von m Ges = (10) mit destilliertem Wasser aufefüllt. Mit der Dichte von Wasser bei Zimmertemperatur ρ W =1 ml eribt sich die Konzentration der Lösun zu c S = m S m Ges m Glas m S ρ W =0.0688(3) ml Nach dem Einfüllen der Lösun in die Messküvette wurde der Drehwinkel im Halbschattenpolarimeter als α = 21.60(5) bestimmt. Mit der Definition des Drehvermöens eribt sich das Drehvermöen von Saccharose als α S = α α 0 = 1060(8) l c S m ml Auch dieser Wert zeit eine roße Abweichun vom Literaturwert α S = 920 /m Fehler in der Messun Alle drei Messunen der Drehfähikeit der Zucker zeien sehr roße Abweichunen im Verleich zu den Literaturwerten. Grund hierfür sind vermutlich die Winkelmessunen. Diese sind demnach nicht so exakt wie aneeben mölich. Für einen Fehler von δ α =0.5 anstatt des vermuteten 0.05 ereben sich so für die Fehler der Drehvermöen als δ αs =26 δ αs =47 δ αs =51 Allerdins lieen auch hier die Literaturwerte nicht innerhalb des Fehlers unserer Messun, der sich durch die Fehler der emessenen Werte unter Berücksichtiun der Fehlerfortpflanzun eribt. Die Diskussion mölicher Ursachen der Abweichun ist in der Fehlerdisskusion zu finden. 3.2 Reaktionskinetik der Invertase Im zweiten Teil des Versuchs soll die enzymatisch auselöste Spaltun von Saccharose zu Glucose und Fructose untersucht werden. Hierfür wird einer Saccharose-Essisäure- Acetatpufferlösun das Enzym Invertase zueeben, das die Reaktion katalytisch auslöst. Die auselichene Reaktionsleichun lautet: (C 12 H 22 O 11 ) aq + H 2 0 Invertase (C 6 H ) aq +(C 6 H ) aq Wobei sich Glucose und Fructose nur durch die Struktur, nicht aber durch die Summenformel unterscheiden. Wichti ist, dass bei der der Reaktion das Verhältnis von Glucose 8

9 und Fructose auselichen ist, also auch die Konzentrationen von Glucose und Fructose in der Lösun leich sind. Dabei eribt sich das Drehvermöen der elösten Substanzen als Überlaerun der Drehvermöen der einzelnen Substanzen. Demnach eribt sich das Drehvermöen einer Glucose/Fructose Lösun nach den Literaturweten als ml α G/S = 200 m Der Essisäure-Acetatpuffer nimmt hierbei nicht an der Reaktion teil, sondern sort nur für die Aufrechterhaltun des sauren Milieus (ph = 4.75), das nahe des optimalen ph- Werts der Invertase (ph =4.5) liet Durchführun Zur Untersuchun der Reaktionskinetik von Invertase wurde in einer vorefertiten Invertase- Essisäure-Acetatpufferlösun Sacharose der Masse m S =3.42(10) in der Pufferlösun elöst. Das Volumen der Pufferlösun wurde auch hier durch Abwieen bestimmt. Auch wenn die Dichte der Pufferlösun nicht der von destilliertem Wasser entspricht, kann aufrund der erinen Konzentrationen von Essisäure/Na-Acetat (0.1- molar) und Invertase (0.25 l ) mit einer Dichte von ρ =1 ml ohne roßen Fehler erechnet werden. Mit der Gesamtmasse von m Ges = (10) und der Masse des Messbechers von m Glas = (10) eribt sich eine Lösunsmene von V =(m Ges m Glas m S )/ρ =26.30(17)ml Gemessen wurde der Drehwinkel der Lösun über einen Zweitraum von 44min, anfänlich minütlich, später alle 2 Minuten. Tabelle (1) stellt die absoluten Winkel (also unter Berücksichtiun des Referenzwinkels) der Messun dar. t/min α/ t/min α/ t/min α/ Tabelle 1: Die absoluten Messerebnisse der reaktionskinetischen Untersuchun der Invertase-Lösun Auswertun Die Messerebnisse aus Tabelle (1) sind die Grundlae für den Reaktionsraphen aus Abbildun (2), der den emessenen Drehwinkel in Abhänikeit der Zeit darstellt. Die zusätzlich darestellte Ausleichsfunktion eribt sich aus den folenden Annahmen: 9

10 Die Reaktionseschwindikeit der linear abhäni mit der Konzentration des Eduktes. Mit der Definition der Reaktionseschwindikeit als zeitliche Änderun der Eduktkonzentration eribt sich aus v R = d dt c S = k c S für die Kozentration des Edukts c S = c 0 e kt Nach der Reaktionsleichun ist bekannt, dass die Umsetzun eines Saccharosemoleküls die Erzeuun jeweils eines Glucose/Fructose-Moleküls zur Fole hat. Demnach eribt sich für die Konzentration der Glucose/Fructose-Mischun ( c G/F = c 0 1 e kt) Da die Drehun linear mit der Konzentration zunimmt, eribt sich der Drehwinkel in Abhänikeit von der Zeit t als α(t) =α S (t)+α G/F (t) =α S,0 e kt + α G/F,0 ( 1 e kt) Durch die Anpassun der Kurve an die Messwerte durch die Methode der kleinsten Fehlerquadrate ereben sich die Koeffizienten der Gleichun zu: α S,0 =15.7(2) α G/F,0 = 5.4(5) k =0.045(2) α/ t/min Abbildun 2: Grafische Darstellun der Messerebnisse aus Tabelle (1). Die einezeichnete Ausleichsfunktion eribt sich aus der Annahme einer mit der Konzentration linear skalierenden Reaktionseschwindikeit. Die Koeffizienten der anepassten Kurve erebenen enau die esuchten Drehunen α(0) = 15.7(2) und α( ) = 5.4(5). Zum Verleich mit den im ersten Teil errechneten Werten muss analo zum ersten Teil das Drehvermöen berechnet werden. Aus der Definition der Drehun eribt sich für das Drehvermöen α c = 10 α l c

11 Für die Sacharose-Lösun an Anfan der Reaktion eribt sich so α S = 15.7(2) 26.30(17)ml 0.2m 3.42(10) = 637(21) m ml und unter der Annahme einer vollständien Umsetzun der Saccharose für α G/F = 5.4(5) 26.30(17)ml 0.2m 3.42(10) = 219(62) m ml Verleich der Erebnisse Im Falle des Drehvermöens der Saccharoselösun ist ein Verleich direkt mölich. Bei der statischen Messun wurde das Drehvermöen als α S = 601(4) m ml bestimmt. Die Untersuchun der Reaktion lieferte hierfür einen Wert von α S = 637(21) m Ein Verleich der Glucose/Fructose-Lösun ist nicht direkt mölich. Allerdins lässt sich das Drehvermöen einer leichkonzentrieten Mischunslösun aus den Drehvermöen der einzelnen Stoffe berechnen. Hierbei ilt α G/S = α G + α S 2 Hiermit eribt sich aus den statischen Messunen ein Drehvermöen von ml α G/S = α G + α S = 74(5) 2 m ml Verlichen mit dem Wert des Drehvermöens durch die Reaktion α G/F 219(62) m ml ist der Wert aufrund der Fehler in den statischen Messerebnissen stark abweichend. 3.3 Fehlerdisskusion Als Erstes seien hier die Formeln zur Berechnun der Fehler δ c und δ αc im ersten Teil der Auswertun enannt. Für den Fehler der Konzentration aus den Einzelfehlern eribt sich mδ mges δ c = (m Ges m Glas m) 4 + mδ mglas (m Ges m Glas m) 4 Der Fehler des Drehvermöens errechnet sich aus den Einzelfehlern durch (α α0 ) δ αc = 2 c 4 l 2 δ 2 c + 1 c 2 l 2 δ α c 2 l 2 δ α (α α 0) 2 2 c 2 l 4 δ l 11

12 Trotz einer roßzüien Schätzun der Fehler bei den Einzelmessunen ereben sich bei den errechneten Werten für das Drehvermöen der einzelnen Lösunen im ersten Teil nicht so roße Fehlerintervalle, so dass die Literaturwerte in den Intervallen um die Messwerte lieen. Ein roßer Fehler in der Messun des Referenzwinkels scheint für die Erklärun der abweichenden Messwerte nicht in Frae zu kommen, da die Abweichunen bei den Messunen nicht leicherichtet sind. Ein Fehler in der Konzentrationsbestimmun könnte zwar mit zu den Fehlern beitraen ist aber aufund der Vorehensweise relativ unwahrscheinlich. Da für die Konzentrationsbestimmun nur Massen der Flüssikeiten und Stoffe verwendet wurden, die von der selben Waae stammen, kann durch sie zwar ein systematischer Fehler entstehen auf den die Abweichunen der Messwerte allerdins nicht schließen lassen. Auch ein systematischer Fehler aufrund von Fehlern der nicht beachteten Größen, wie die Lichtweläne durch die Küvette oder der Dichte, lässt sich wahrscheinlich ausschließen. Hauptfehlerquelle bei den Messunen ist die Bestimmun der Drehunswinkel. Die Beleuchtun des Polarimeters erfolte mit der Umebunsbeleuchtun. Da im Polarimeter ein Oranefilter zur Selektiertun der Normwellenläne einebaut ist, ist die resultierende Intensität der betrachteten Flächen sehr erin. Bei heller Umebun estaltet sich das Einstellen der leichen Hellikeit im Polarimeter als schwieri. Zwar wurde versucht die Mitte des Winkelbereichs einzustellen, in dem die Hellikeit leich erscheint, allerdins ist dies nur eineschränkt mölich. Zum Ermitteln der Winkel war zwar eine Gradskala mit entsprechendem Nonius vorhanden, aber schwer abzulesen, so dass ein Fehler in der Ermittlun des Winkels nicht auseschlossen ist. Eine weitere wahrscheinliche Fehlerquelle könnten die verwendeten Chemikalien sein. Die Messun an der Saccharose-Lösun sowie die reaktionskinetische Untersuchun lieferten Werte mit relativ eriner Abweichun von den Literaturanaben. Die Messunen der Glucose und Fructose-Lösunen waren allerdins sehr unenau. Ein mölicher Grund dafür ist bei einer Verunreiniun der betreffenden Substanzen zu suchen. 4 Fraen Im Folenden werden die in der Versuchsanleitun estellten Fraen beantwortet. 1. Verfahren zur Herstellun von polarisiertem Licht: siehe Abschnitt (2.3) 2. Was ist ein Racemat? Ein Racemat ist die äquimolare Mischun zweier Enantiomere. Enantiomere sind Moleküle mit spieelsymmetrischem Aufbau. Aufrund ihres Aufbaus haben Enantiomere enteenesetze Drehvermöen, die aber vom Betra her leich sind. Eine äquimolare Mischun beider Arten besitzt nicht die Fähikeit die Polarisationsebene von Licht zu drehen und ist optisch inaktiv. Ein Beispiel von einem Racemat wäre eine Mischun aus D- und L-Glucose im leichen Verhältnis. 3. Warum ist die dunklere Stellun im Polarimeter enauer einstellbar? siehe Abschnitt (2.4) 12

13 5 Verzeichnisse 5.1 Abbildunsverzeichnis 1 Polarisation im Glan-Thompson-Prisma Diaramm zur Reaktionseschwindikeit Tabellenverzeichnis 1 Messerebnisse Literaturverzeichnis [WPEnz] Verschiedene Wikipedia - Die freie Enzyklopädiehttp://de.wikipedia.or [Dem04] W.Demtröder Experimentalphysik 2 - Elektrizität und Optik Spriner-Verla [Hal03] D.Halliday, R.Resnick, J.Walker Physik WILEY-VCH GmbH&Co. KGaA 1.Auflae 2003 [TBP99] H.Kuchlin Taschenbuch der Physik Fachbuchverla Leipzi 16.Auflae 1999 [Mor03] C.Mortimer, U.Müller Chemie - Das Basiswissen der Chemie Geor Thieme Verla 8.Auflae 2003 [APScript] B.Rune Versuchsanleitun zur Saccharimetrie 13