[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
1
Indholdsfortegnelse
Indledning ................................................................................................................................................... 3
Polariseret lys .............................................................................................................................................. 4
Figur 1: Elektromagnetiske felts svingning ........................................................................................ 4
Upolariseret lys ....................................................................................................................................... 5
Figur 2: Upolariseret og polariseret lys .............................................................................................. 5
Polariseringsfilter .................................................................................................................................... 5
Vektorregning ......................................................................................................................................... 6
Figur 3: Vektorregning ....................................................................................................................... 6
Figur 4: Koordinatsystem med vektorer ............................................................................................. 6
Cirkulært polariseret lys .......................................................................................................................... 7
Figur 5: Cirkulært polariseret lys ........................................................................................................ 8
Elliptisk polariseret lys ........................................................................................................................... 8
Lineært polariseret lys............................................................................................................................. 8
Optisk aktivitet ............................................................................................................................................ 9
Z/E-isomeri ............................................................................................................................................. 9
Figur 5: Z/E-isomeri model ................................................................................................................ 9
Cis/trans-isomeri ................................................................................................................................... 10
R/S-isomeri ........................................................................................................................................... 10
Figur 6: Rækkefølgen ved R/S-isomeri ............................................................................................ 11
Figur 7: (R)-bromchlorfluormethan .................................................................................................. 11
Figur 8: Model af polarimeter ........................................................................................................... 12
Forsøget..................................................................................................................................................... 14
Formålet ................................................................................................................................................ 14
Databehandling ..................................................................................................................................... 14
Figur 9: Sammenhæng fra LoggerPro............................................................................................... 14
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
2
Figur 10: Skitse over resultater ......................................................................................................... 15
Figur 11: Skitse over bearbejdede resultater ..................................................................................... 15
Fejlkilder ............................................................................................................................................... 16
Konklusion ................................................................................................................................................ 16
Bilag 1 ....................................................................................................................................................... 18
Forsøgsbeskrivelse ................................................................................................................................ 18
Tabel 1: Koncentrationer .................................................................................................................. 19
Bilag 2 ....................................................................................................................................................... 19
Resultater af sukkeropløsning og hyldeblomstsaft ............................................................................... 19
Tabel 2: sukkeropløsninger ............................................................................................................... 19
Carvon-forsøget .................................................................................................................................... 20
Tabel 3: Carvon koncentrationer ...................................................................................................... 20
Tabel 4: Carvon resultater ................................................................................................................. 20
Standardkurve ....................................................................................................................................... 20
Graf 1 ................................................................................................................................................ 20
Graf 2 ................................................................................................................................................ 21
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
3
Indledning
Denne opgave omhandler polariseret lys og optisk aktivitet set gennem fagene fysik og kemi. De
kommer både til at belyse begreberne hver for sig, men også i et sammenspil, der vil gøre at vi kommer
til at forstå det fuldstændigt og ikke vil føle nogle mangler. Sammenspillet mellem fysik og kemi er
nemt at finde, samtidigt med at det er et sammenspil, hvor der bliver udfordret fra begge sider og
dermed opnås en slags harmoni mellem de to fag.
Jeg valgte dette emne og disse fag, da jeg synes det lød specielt interessant. Nogle gange kan
kombinationen af fysik og kemi virke nærved umulig, da der nogle gange fra begge fags side bliver set
ned på det andet. Men den sammenhæng og den harmoni der er mellem fysik og kemi, er noget helt
specielt. To naturvidenskabelige fag vil for det meste helt automatisk falde i hak og give sød musik i
ørerne, men det kan samtidigt være udfordrende. For samtidigt med at man skal kombinere dem, skal
man også holde dem adskilt. For selvom man i folkeskolen har faget fysik/kemi, er det langt fra to sider
af samme sag. Fysik og kemi på en måde langt fra hinanden i gymnasiet og ofte er det svært at se den
sammenkobling, man altid havde i folkeskolen.
Så da jeg valgte at skrive i fysik og kemi, tænkte jeg meget over præcis hvordan, jeg ville skabe denne
klang mellem de to fag. Og det var noget jeg fandt meget spændende og udfordrende, og derfor valgte
jeg det. For at udfordrer mig selv. Da emnet så også lød så interessant, var der ingen andre muligheder.
Og når vi først kommer ordentligt i gang, håber jeg, at også I vil føle den specielle harmoni mellem de to
fag. Den specielle følelse af at ville afskille noget, men ikke at kunne, da det hænger så meget sammen.
Jeg håber, at I som læsere føler at arbejdet er fuldført og spændende, og at I bliver grebet af emnet,
ligesom jeg selv er blevet. Jeg håber at emnet får samme indflydelse på jer, som det gjorde på mig.
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
4
Figur 1: Elektromagnetiske felts svingning
Polariseret lys
Lys er bølger. Der findes to forskellige slags bølger; den ene slags er transversalbølger, hvis kendetegn
er at udsvinget bevæger sig modsat af udbredelsesretningen, og den anden slags er longitudinalbølger,
der kendetegnes ved at de udbreder sig fremad og at udsvinget bevæger sig den samme vej. Lys er
transversalbølger.
Lys er også elektromagnetisk stråling. Elektromagnetisk stråling er specielt fra ”normale” bølger, for
elektromagnetisk stråling består af fotoner. Fotoner har både partikel- og bølgeegenskaber og man kan
derfor beskrive udbredelsen af lys med bølger.
Synligt lys kan beskrives som elektromagnetiske svingninger med bølgelængder fra ca. 400 nm til ca.
700 nm. Hvidt lys er en sum af plane bølger, der hver især har en bestemt frekvens mellem 430 THz og
750 THz, der svarer til de førnævnte bølgelængder. Hver frekvensdel fortolkes som en bestemt farve af
vores øjne, men kombinationen af forskellige frekvenser opfattes som hvidt lys.
Hvis vi forestiller os et tredimensionelt koordinatsystem, hvor en lysstråle bliver udsendt langs z-aksen,
vil det elektromagnetiske felt svinge i x-y planet. Dette kan vi se på billedet herunder med vektorer, som
vi kommer ind på senere.
Figur 1 er samtidigt den korrekte beskrivelse af lys.
er det elektromagnetiske felt. Vi kan se at
feltvektoren ændrer sig sammen med at det elektromagnetiske felt svinger.
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
5
Upolariseret lys
Upolariseret lys består af en masse lysbølger, der svinger i alle mulige forskellige retninger.
Svingningernes orientering i x-y planet er altså forskelligt og tilfældigt fordelt. Polariseret lys er så når
alle lysbølgerne svinger i samme retning og altså har samme orientering i x-y planet. På billedet
herunder kan vi se upolariseret lys til venstre og polariseret lys til højre.
Polariseringsfilter
I midten af figur 2 ses et polariseringsfilter. Dette filter lader kun lys med en bestemt lineær polarisation
trænge igennem og derved får man polariseret lys. Hvis man sætter to polariseringsfiltre op foran hinanden,
foran en lyskilde, kan man helt fjerne lyset eller fuldstændig polarisere det.
Vi kender polariseringsfiltre fra vores hverdag. I alle solbriller bliver det brugt, så solens stråler ikke kan
komme igennem solbrillerne, da de i så fald ville miste deres funktion.
Måden et polarisationsfilter fungerer på kan forklares ved at forestille sig, at en elektron sidder i en
meget tynd ledning. Vi forestiller os så, at der bliver lyst på denne ledning, og at ledningen er parallel
med lysets polariseringsretning. Elektronen vil blive påvirket af det elektriske felt fra lyset, og den vil
begynde at svinge i takt med lysets bølger. Da elektronen bliver påvirket og sat i bevægelse, skal den
bruge energi. Denne energi optager elektronen fra det elektriske felt, altså fra lyset. Når elektronen
optager energi fra lyset, vil lyset blive dæmpet.
Hvis vi så forestiller os, at lysets polariseringsretning er på tværs af ledningens retning, betyder det at
elektronen ikke kan bevæge sig særlig langt, da den er begrænset af ledningens tværsnit. Og ledningen
Figur 2: Upolariseret og polariseret lys
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
6
er som sagt meget tynd. Elektronen kan altså ikke sættes i bevægelse som før, og den vil derfor ikke
optage noget energi fra det elektriske felt. Lyset kan derfor passere relativt uhindret igennem ledningen.
Det er altså således et simpelt polarisationsfilter fungerer, lige bortset fra at det ikke er ledninger, der er i
det, men derimod lange molekyler, der kan sammenlignes med og fungerer lidt som ”nanoledninger”,
altså ultratynde og små ledninger.
Vektorregning
For at vi kan forstå polariseret lys fuldstændigt, skal vi kunne
lidt vektorregning. Vi skal kunne lægge to vektore sammen. Det
gør man som vi kan se på billedet til venstre.
Det man gør er, at sætte vektor b efter slutningen af vektor a.
Man tegner så en vektor mellem starten af vektor a til slutningen
af vektor b. Hermed får man vektoren
, der også kaldes
sumvektoren. Grunden til at vi skal vide dette er, at vi så kan
opstille et koordinatsystem med det elektromagnetiske felt som
én vektor og derved kan vi bedre forklare polariseret lys.
Koordinatsystemet ser således ud:
Vi kan se at
er sumvektoren af
. Vinklen er
den vinkel, vi drejer vores polfiltre i forhold til hinanden.
Hvis lys kommer ind gennem y-aksen, kommer lys der er
parallelt med den optiske akse,
, igennem filtret ved 45
grader. Det kan vi se med formlen
Figur 3: Vektorregning
Figur 4: Koordinatsystem med vektorer
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
7
Hvis to polarisationsfiltre er vinkelret med hinanden, vil der altså ikke komme lys igennem, da
er 0 og hele værdien for
vil være 0. Det kan man også se, hvis man holder to polarisationsfiltre op
foran hinanden. Hvis de vender samme vej, bliver lyset dæmpet en smule. Men hvis man så holder dem,
så de er vinkelrette på hinanden, kommer der intet lys igennem.
Lysets intensitet er proportional med det elektromagnetiske felt i anden ganget med cosinus til vinklen
theta, og det kan vi skrive som ligningen:
Lys er som sagt et svingende elektromagnetisk felt. Et elektromagnetisk felt beskriver en kraft på en
ladet partikel, så at kraften F på en partikel med ladningen q er givet ved:
Den elektrisk ladet partikel bliver påvirket af lysets elektromagnetiske felt og bevæger sig i kraftens
retning. Således vil en elektron, der bliver belyst, opleve en svingende kraftpåvirkning og den vil herved
blive sat i en tilsvarende bevægelse.
Der er tre former for polariseret lys; lineært polariseret, som vi vil beskæftige os med, cirkulært
polariseret og elliptisk polariseret.
Cirkulært polariseret lys
Cirkulært polariseret lys kan opnås med en kvartbølgeplade. Kvartbølgepladen vil forsinke det ene felt,
for eksempel
, en kvart bølgelængde. De to felter vil derfor svinge ude af takt og forskudt af
hinanden. Feltvektoren,
, vil derfor bare dreje rundt og rundt, og den vil aldrig få længden nul.
Cirkulært polariseret lys kan være både højre- og venstredrejet polariseret lys. Dog får man kun
cirkulært polariseret lys ved nøjagtigt en kvart bølgelængde, ellers får man elliptisk polariseret lys. I
figur 5 kan vi se en model af cirkulært polariseret lys.
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
8
Elliptisk polariseret lys
Elliptisk polariseret lys er, kort sagt, noget rod. Det er alt det polariseret lys imellem lineært og cirkulært
polariseret lys, og feltvektoren drejer derfor ikke kun rundt, men skifter også længde. Der findes ikke en
bestemt model af elliptisk polariseret lys, da det kan have alle former og længder.
Lineært polariseret lys
Vi vil som sagt beskæftige os nærmere med lineært polariseret lys, nærmere bestemt plan-polariseret lys.
Plan-polariseret lys opstår ved, at der kun kommer for eksempel den vertikale E-komponent gennem et
polarisationsfilter. En planpolariseret elektromagnetisk bølge er lineært polariseret. En cirkulær eller
elliptisk polariseret bølge er altså ikke planpolariseret. Dog består planpolariseret lys af 50/50 af højre-
og venstredrejet cirkulært polariseret lys. Denne 50/50 blanding af cirkulært polariseret lys i hver sin
retning gør, at de ”går ud med hinanden” og skaber planpolariseret lys.
Kun planpolariseret lys kan bruges til forsøg med chirale molekyler (som vi kommer ind på længere
nede), som vi har brugt i vores forsøg
1
. Grunden til at vi skal bruge netop denne slags polariseret lys er,
at det som sagt består af 50/50 højre- og venstredrejet cirkulært polariseret lys, og når det så bliver sendt
igennem et optisk aktivt stof, vil højre- og venstredrejningerne rejse med forskellig hastighed og vi vil
derfor kunne se en ændring i theta.
1
Forsøgsbeskrivelse kan læses i bilag 1
Figur 5: Cirkulært polariseret lys
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
9
Optisk aktivitet
Hvis polariseret lys ændrer polarisationsretning når det passerer gennem et stof, siges stoffet at være
optisk aktivt.
For at kunne forstå begrebet optisk aktivitet skal vi først igennem struktur-isomeri. Molekyler kan have
samme molekyleformel, men ikke have samme struktur. De forskellige strukturer af et molekyle siges at
være isomere. Der findes tre forskellige former for struktur-isomeri. De tre er Z/E-, cis/trans- og R/S-
isomeri.
Z/E-isomeri
Ved Z/E-isomeri skal der være en dobbeltbinding, da der ikke er fri drejelighed ved en dobbeltbinding.
Z/E-isomeri kan beskrives ud fra figur 5, der ses nedenfor.
Men der er kun tale om isomere former, hvis og .For at kunne finde ud af om det er Z-
eller E-isomeri skal man vide hvilken prioritering grupperne har. Jo højere atomnummer en gruppe har,
desto højere prioritet har den.
Hvis man kigger på model 1 og siger at og har højest prioritet, er der tale om Z-formen. Dette
kan man se ved at de sidder på samme side af dobbeltbindingen. Hvis det derimod er og , der har
højst prioritet, vil det være E-formen. Dette kan man her se ved, at de sidder på hver deres side af
dobbeltbindingen.
En nem måde at huske det på er, at Z står for zusammen og E for entgegen
2
.
2
Tysk: zusammen = sammen, entgegen = imod
Figur 5: Z/E-isomeri model
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
10
Cis/trans-isomeri
Cis/trans-isomeri optræder når der er atomer/atomgrupper, der er fastlåste i deres stillinger på grund af
en ringstruktur med enkeltbindinger. De 6 carbonatomer i en cyclohexanring definerer en flade. Når der
så i en cyclohexanring bliver to hydogenatomer, der sidder fast på hver sit carbonatom, substitueret,
dannes der en isomer. Hvis så de to substituenter sidder på samme side af den flade, som
cyclohexanringen definerer, er det cis-formen. Hvis de derimod sidder på hver deres side af fladen, er
det trans-formen.
R/S-isomeri
Den sidste isomeri, R/S-isomeri, forekommer hvis et carbonatom er asymmetrisk. For at et carbonatom
kan siges at være asymmetrisk, skal det være bundet til 4 forskellige atomer/atomgrupper. Et
asymmetrisk carbonatom vises ved at sætte en lille stjerne, *, udfor C’et når man skitserer et molekyle.
Hvis et carbonatom er asymmetrisk kan der dannes to forskellige stoffer, der er spejlvendte i forhold til
hinanden. R-formen og S-formen for et stof har stort set de samme fysiske egenskaber, men påvirker
biologiske systemer meget forskelligt. De to former kan også have forskellig smag og lugt. Disse
molekyler, der har både en R- og en S-form, kaldes chirale molekyler.
I forsøget beskæftiger vi os med carvon, der er R/S-isomeri, og derfor vil der blive gået lidt mere i
dybden med R/S-isomeri i forhold til de to andre former for isomeri.
R/S-isomeri kan sammenlignes med vores hænder. De er spejlbilleder af hinanden men de er stadig
meget forskellige. Man kan ikke klemme venstre hånd ned i højre hånds handske og omvendt. Så i rent
kemiske sammenhænge kan hænder siges at være chirale. På samme måde er det med R/S-formerne af
et stof. De er hinandens spejlbilleder, men har stadig meget forskellige effekter på biologiske systemer.
Grunden til at to molekyler med R/S-isomeri har så forskellig virkning rent biologisk, er på grund af
at receptorer udenpå celler er meget specifikke. Et molekyle skal have en helt bestemt form for at kunne
komme igennem receptoren. R- og S-formerne af et molekyle er bøjet forskelligt og passer derfor til
forskellige receptorer.
For at man kan afgøre om et molekyle er R- eller S-form, skal man først prioritere de fire
atomer/atomgrupper. Princippet er det somme som ved Z/E-isomeri; jo højere atomtal, jo højere
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
11
prioritet. Hvis der er to atomgrupper med samme molekyle bundet til carbonatomet, kigger man på
hvilke atomer, der er knyttet til det atom. Rækkefølgen for de mest forekommende atomer og nogle
atomgrupper er:
Vi kan se, at hydrogen er det lavest placeret atom. Hvis et asymmetrisk carbonatom er bundet til et
hydrogen, skal hydrogenet placeres således, at det vender væk fra øjet. Man
skal herefter kigge på rækkefølgen af de tre sidste atomer.
Vi kan bruge bromchlorfluormethan som eksempel. I bromchlorfluormethan
er carbonatomet bundet til et hydrogen-, et flour-, et chlor- og et bromatom.
Hvis vi placerer molekylet for øjet med hydrogenet pegende væk, ser det
således ud som til højre. Vi kan se at rækkefølgen er .
Rækkefølgen følger altså uret og molekylet er derfor R-formen. Molekylet
hedder altså (R)-bromchlorfluormethan. Hvis rækkefølgen er mod uret, har man en S-form
3
.
En anden metode, til at bestemme om et molekyle er R- eller S-form, er med sine hænder. Man finder
prioriteringen på samme måde som ved metoden før. Denne gang tager man sin ene hånd og starter med,
for eksempel højre hånd. Man peger så sin tommelfinger i den retning, hvor atomet med den laveste
prioritet peger. Så kigger man på prioriteringen af de tre andre atomer. Hvis rækkefølgen af atomernes
prioritering passer med den vej, man lukker sine fingrer, har man ’den rigtige hånd’ i brug. Hvis det ikke
passer, prøver man med den anden hånd, som så meget gerne skulle passe.
Vi bruger bromchlorfluormethan som eksempel igen. Hydrogenet sidder væk fra os og
tommelfingeren skal altså pege væk fra os selv. Vi tager højre hånd og kigger på prioriteringerne. Som
før er prioriteringen af atomerne stadig . Vi kan se at det passer med den retning, vi lukker
vores hånd i. Vi har altså ’den rigtige hånd’ i brug, højre hånd. Hvis det passer med højre hånd er det R-
formen, mens at hvis det passer med venstre hånd, er S-formen man har med at gøre. Derfor kan vi igen
se at bromchlorfluormethan er højredrejet og dermed (R)-bromchlorfluormethan.
3
Latin: rectus = højre, sinister = venstre
Figur 6: Rækkefølgen ved R/S-isomeri
Figur 7: (R)-bromchlorfluormethan
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
12
Sådan kan man altså bestemme om et molekyle er R- eller S-form med to forskellige metoder. Hvilken
metode man vælger at benytte, er en smagssag. Begge metoder er lige rigtige, og man finder frem til det
samme resultat.
Som tidligere skrevet er forskellen i de fysiske egenskaber af et molekyles R- og S-form meget lille,
men de påvirker lys forskelligt. Når et stof indeholder et asymmetrisk carbonatom, er begge former af
stoffet optisk aktive.
For at måle et molekyles optiske aktivitet bruger man et polarimeter
4
. I et polarimeter er der en lyskilde,
der udsender upolariseret lys. Dette lys bliver så polariseret i det første polarisationsfilter, polarisatoren,
hvor der kun kommer lys igennem, hvis udsving foregår i det vandrette plan. Det andet
polarisationsfilter, analysatoren, lader kun lys, hvis udsving foregår i det lodrette plan, komme igennem.
Derfor vil der altså ikke komme noget lys igennem. Under ses en model af et polarimeter.
Når man så har en opløsning, lægger man denne imellem de to polarisationsfiltre. Lyset vil stadig blive
polariseret, så at bølgernes udsving foregår i det vandrette plan. Men denne gang komme lyset igennem
en prøve der indeholder enten R-formen eller S-formen af et molekyle. Denne prøveopløsning vil ændre
lysets polarisationsretning og der vil så komme lys igennem ved analysatoren. Man skal derfor dreje
analysatoren til der igen ikke kommer noget lys igennem. Man kan aflæse den vinkel, man har drejet, og
dermed har man vinklen
5
. Et molekyles R-form og S-form vil dreje lysets polarisationsretning lige
4
For billede af et polarimeter, se bilag 1
5
Vinklen er den samme som vinklen , men bliver kaldt i kemi. Derfor skifter navnet, men vinklen er den samme
Figur 8: Model af polarimeter
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
13
meget, bare i hver sin retning. vil altså have samme værdi for begge former, blot at den ene er positiv,
mens den anden er negativ.
Størrelsen af drejningen af lysets polarisationsretning er forskelligt fra stof til stof, men afhænger også af
fire andre ting; opløsningens temperatur, koncentrationen, lysets bølgelængde og længden af røret, hvori
opløsningen er. Denne sammenhæng kan vi skrive med formlen:
er den del af drejningen, der er afhængig af stoffet. Denne kaldes den specifikke drejning. Hvis en
prøveopløsning indeholder en racemisk
6
blanding, vil der ikke ske noget med . Grunden til dette er, at
de to former i så fald ved udligne hinanden og værdien for vil være 0.
Der er ikke nogen direkte sammenhæng mellem hvilken form molekylet er, og den vej det drejer
polarisationsretningen.
6
En racemisk blanding er en blanding hvor der er 50/50 af R-formen og S-formen af et stof.
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
14
Forsøget
Formålet med vores forsøg er, at finde ud af hvor meget sukker der er i hyldeblomstsaft ud fra en
standardkurve. Desuden vil vi undersøge R-formen og S-formen af carvon i et polarimeter.
Forsøgsbeskrivelse kan findes i bilag 1. Resultater samt grafer kan findes i bilag 2.
Databehandling
Ud fra prøveopløsningerne har vi lavet en standardkurve
7
i LoggerPro. Vi lavede så en lineær tilpasning
og fik følgende sammenhæng af LoggerPro:
Vi kan ud fra denne se, at sammenhængen mellem koncentrationen af sukker i en opløsning og vinklen,
den drejer polarisationsretningen, er . Vi kan se, at hver gang stiger med
én, stiger koncentrationen med
.
Hyldeblomstsaften havde en værdi på 165
o
. Derfor må koncentrationen af sukker i hyldeblomstsaften
være
. Der er altså ca. 2.699
gram sukker pr. milliliter i hyldeblomstsaft.
Hvis vi zoomer ud på vores graf, kan vi også finde koncentrationen af sukker i hyldeblomstsaften. Vi
kan se at ca. ved er koncentrationen
8
. Det er en meget lille forskel og vi kan derfor
7
Graf 1
8
Graf 2
Figur 9: Sammenhæng fra LoggerPro
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
15
godt regne med vores første resultat på
.
På denne måde kan man altså finde sukkerkoncentrationer i forskellige sukkerholdige væsker. Man
kan selvfølgelig også vende den om, og på den måde finde ud fra sukkerkoncentrationen.
Vi målte som sagt også på to carvon blandinger. En med R-form og en med S-form. Hvis vi bare kigger
hurtigt på vores resultater
9
, giver de ikke synderligt mening i forhold til at deres -værdi burde være den
samme, bare med forskelligt fortegn. Grunden til dette er, at der i vores polarimeter ikke var ’højre og
venstre’, når det kom til -værdierne. Men hvis vi skitserer det, kan vi se at det giver mere mening.
Først skitserer vi de resultater vi har fået i en cirkel
10
. Det ser således ud:
Lige her ser det ikke ud til at give mening. De to streger har ikke noget med
hinanden at gøre og vil i en racemisk blanding ikke gå ud med hinanden. Det
passer altså slet ikke. Men hvis vi tænker at den ene er højredrejet mens den
anden er venstredrejet, kan vi fortsætte den ene streg og se på resultatet der.
Den ser så ud som skitseringen til højre. Nu giver det meget mere mening.
Der er nu kun en meget lille forskel i drejningen til højre og drejningen til
venstre. Vi kan nu også sige at (R)-carvon er venstredrejet og at (S)-carvon
er højredrejet. Nu kan vi også se, at hvis vi havde en racemisk blanding af R-
og S-carvon, ville der ikke være nogen drejning, hvis man ser bort fra den
meget lille måleusikkerhed.
9
Bilag 2
10
En cirkel fordi den ende af polarimeteret, hvor man kigger efter, hvor der ikke kommer noget lys igennem, er en cirkel
Figur 10: Skitse over resultater
Figur 11: Skitse over bearbejdede resultater
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
16
Fejlkilder
Der er nogle fejlkilder ved vores to forsøg. I det første med sukkeropløsningen kan der være sket det, at
der har siddet noget af den tidligere sukkeropløsning i glasset, da vi har puttet en ny koncentration i og
vi kan derfor have fået en ikke helt rigtig koncentration. Dette har vi dog prøvet at formindske ved at
starte med en tynd opløsning og slutte med en tyk
11
.
En fejlkilde der er ved forsøget med carvon, og som højst sandsynligvis har skabt den lille forskel i
resultaterne, er, at den ene opløsning var ældre end den anden. Derved kan den have oxideret og dette vil
forstyrre opløsningens ændring af lysets polarisationsretning.
Der kan også have forekommet små måleusikkerheder, da polarimeteret er manuelt og vi kan have ramt
lidt ved siden af, ved aflæsningen af vinklen .
Konklusion
Vi har fundet ud af, at upolariseret lys består af en masse bølger, hvis udbredelsesretning er forskellige.
Ved hjælp af et polarisationsfilter kan man polariseret lyset på tre forskellige måder; lineært, cirkulært
og elliptisk. Vi beskæftigede os mest med lineært polariseret lys, da vi skulle bruge planpolariseret lys til
vores forsøg og planpolariseret lys er lineært polariseret.
Vi kiggede på de forskellige former for isomeri og gik i dybden med R/S-isomeri. Kravet for at der
kan være R/S-isomeri var, at der var et asymmetrisk carbonatom, hvilket vi fik beskrevet hvad var,
ligesom vi fik beskrevet chirale molekyler og begrebet optisk aktivitet.
I forsøget kom vi frem til at sukkerindholdet i hyldeblomstsaft er ca.
ud fra vores
standardkurve, der var lavet ud fra sukkeropløsninger med forskellige koncentrationer af sukker. Vi fik
også undersøgt R-formen og S-formen af et stof, nemlig carvon. Vi fandt -værdien for begge og kunne
ved hjælp af skitsering se, at det var den samme -værdi bare med forskelligt fortegn.
Vi har fundet nogle få fejlkilder, der kan være skyld i de små forskelle, der var i forsøget. Men
udover disse passede vores resultater rigtig godt og vi behøver derfor ikke at forkaste nogle af dem.
11
Se forsøgsbeskrivelse, bilag 1, for at læse nærmere om denne metode
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
17
Vi har været igennem alt der er værd at vide om polariseret lys og optisk aktivitet ved at bruge fagene
fysik og kemi, både lidt hver for sig, men også i sammenspil. Derved kunne vi forstå os på vores forsøg
og resultater og kunne derved lave databehandlingen.
Og vi fandt, ej at forglemme, den specielle harmoni mellem de to fag. Vi fik dem til at spille uforstyrret
sammen og fik belyst begreberne fra begge sider, så at de blev belyst ordentligt og sådan at vi nu kan
føle at vi har styr på det hele inden for polariseret lys og optisk aktivitet.
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
18
Bilag 1
Forsøgsbeskrivelse
Til forsøget brugte vi et polarimeter (som kan ses på billederne nedenfor), en sukkeropløsning hvor der
var 1 gram sukker pr. 2 milliliter vand, to glasbeholdere på henholdsvis 2 dl og 1 dl til polarimeteret, to
carvon-blandinger, en højre drejet og en venstre drejet og hyldeblomstsaft.
Vi startede med at sætte polarimeteret op og tændte for det. Det første vi målte på var vand, for at
kalibrere polarimeteret. Vand drejer ikke lyset og skulle derfor være 0 grader. Derefter begyndte vi at
måle på sukkeropløsningen. Vi lavede 6 fortyndinger (kan ses i tabel 1) og startede med den tyndeste
fortynding for at undgå fejlkilder. Grunden til at man gør dette er, at hvis der så sidder noget af den
tidligere fortynding, da man putter en ny i, vil det være en mindre koncentration og det vil i så fald ikke
betyde så meget for måleresultaterne.
Vi aflæste så vinklerne på polarimeteret og skrev det ned
12
.
Da vi havde målt alle seks fortyndinger, målte vi på de to carvon opløsninger.
12
Ses i bilag 2
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
19
Tabel 1: Koncentrationer
Fortyndinger:
Fortyndet:
Koncentration:
1
100 gange
0.005
2
50 gange
0.01
3
40 gange
0.0125
4
30 gange
0.0167
5
15 gange
0.033
6
0 gange
1
Bilag 2
Resultater af sukkeropløsning og hyldeblomstsaft
Tabel 2: sukkeropløsninger
Vinkel i grader
Koncentration i gram pr. milliliter
0,35
0,005
0,8
0,01
1,2
0,0125
1,5
0,0167
3,1
0,033
61,4
1
Vi målte hyldeblomstsaftens -værdi. Hyldeblomstsaften drejede polariseringsretningen med 165
grader.
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
20
Carvon-forsøget
Tabel 3: Carvon
koncentrationer
R/S-form
Koncentration
(R)-carvon
5ml i 50ml
ethanol
(S)-carvon
2 ml i 50 ml
ethanol
Da der ikke er samme koncentration af carvin i de to opløsninger, ganger vi (S)-carvon’s værdi med
2,5. Den målte -værdi er 2,05
o
, den udregnede ses i tabellen nedenfor.
Tabel 4: Carvon resultater
(R)-carvon
174,75
o
(S)-carvon
5,12
Standardkurve
Graf 1
[navn fjernet], 2.x 15/02 2013
Aalborg Katedralskole SRO i fysik og kemi
21
Her kan vi se koncentrationen som funktion af vinklen. Grunden til dette er, at vi så kan udregne
koncentrationen af sukkerindholdet i hyldeblomstsaften.
Graf 2
Her kan vi se koncentrationen for -værdien ca. 165
o
i den lille firkantede boks i hjørnet.