Silica-Matrix - Bordeaux

was süßes
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Die Versuchsbeschreibung
… liest sich etwa so:
Zu bestimmen sind die Geschwindigkeitskonstanten der
Reaktion Rohrzucker > Glucose + Fructose in wässriger
Lösung, die durch HCl (als Katalysator) angesäuert wurde,
bei unterschiedlichen Temperaturen. Aus der Geschwindigkeitskonstanten
sind der Temperaturkoeffizient
der Reaktionsgeschwindigkeit und die Aktivierungsenergie
zu berechnen.
Der Verlauf dieser Reaktion lässt sich gut verfolgen, da
sowohl die Rohrzuckerlösung als auch Invertzucker, das
Gemisch aus Glucose und Fructose, die Ebene von linear
polarisiertem Licht drehen. Rohrzucker dreht polarisiertes
Natriumlicht nach rechts, Invertzuckerlösung weniger
stark nach links. Die Konzentrationen der Reaktionspartner
lassen sich in den Untersuchungen durch die ihnen
proportionalen Drehungen ersetzen.
Die Einzelheiten der Versuchsführung sollen hier nicht
wiederholt werden. Sie sind in jedem Lehrbuch über Physikalische
Chemie nachzulesen. Wichtig dabei ist, dass
die Probe zwischen einen Polarisator (der linear polarisiertes
Licht selektiert) und einen drehbaren Analysator
(der selektiv polarisiertes Licht durchlässt) gebracht wird
und der Gesamtdrehwinkel über einen Helligkeitsabgleich
erfolgt.
Beim Rohrzuckerinversionsversuch wird monochromatisches
Licht verwendet. Die ganze Breite für den Einsatz
polarisierten Lichts zeigt sich jedoch, wenn man alle
Wellenlängen aus dem sichtbaren Spektrum einsetzt und
das Ganze mit einem Mikroskop verbindet. Dies ist die
Domäne der Polarisationsmikroskopie.
Ein Polarisationsmikroskop
… ist ein Lichtmikroskop, das mit polarisiertem Licht
arbeitet. Es wird vor allem in der Mineralogie zur Untersuchung
von Gesteinsproben sowie zu Texturuntersuchungen
von Flüssigkristallen eingesetzt.
Zucker
im polarisierten Licht
Von Prof. Dr. Jürgen Brickmann
Fast jeder Chemiker hat irgendwann im Rahmen seiner
Ausbildung im physikalisch-chemischen Grundpraktikum zur
Untersuchung der Kinetik von chemischen Reaktionen einen
Versuch gemacht, der unter der Bezeichnung „Rohrzuckerinversion“
in der Praktikumsanleitung aufgeführt wird.
Unterhalb des Objekttisches befindet sich eine Polarisationsfolie,
auch der Polarisator oder Primärfilter
genannt, die das Licht der Lichtquelle des Mikroskops
polarisiert, also nur Licht durchlässt, das in derselben
Schwingungsebene schwingt. Oberhalb des Objekttisches
befindet sich eine zweite Polarisationsfolie, die als Analysator
oder Sekundärfilter bezeichnet wird und gegenüber
der ersten Folie um 90° gedreht ist. Diese Anordnung
von Primär- und Sekundärfilter wird „gekreuzte Polarisatoren“
genannt. Zwischen diesen wird die zu untersuchende
Probe, zumeist als Dünnschliff, angeordnet. Befindet
sich keine Probe auf dem Objekttisch, so erreicht
kein Licht das Auge, da die zweite Polarisationsfolie für
das nur in einer Schwingungsebene schwingende Licht
nicht durchlässig ist.
Manche chemischen Verbindungen, zum Beispiel
Minerale, haben die Eigenschaft die Schwingungsebene
des Lichts zu drehen, sie werden als doppelbrechend
oder optisch anisotrop bezeichnet. Durch Drehen des
Analysators und somit Änderung der durchgelassenen
Polarisationsebene werden solche Strukturen sichtbar;
die anderen optisch isotropen Strukturen bleiben dunkel.
Auch ist es möglich durch Interferenz auftretende Farben
zu beobachten, den Analysator auszuklappen, um die
Gesteinsprobe bei linear polarisiertem Licht zu untersuchen
oder die Probe bei Auflicht zu betrachten.
Durch Untersuchung der verschiedenen optischen Eigenschaften
können so Rückschlüsse auf die Zusammensetzung
der Probe gezogen werden.
Die Abbildungen auf der nebenstehenden Seite und
auch das Centerfoldbild zeigen Aufnahmen von Zuckerkristallen,
die durch unterschiedliche Anwendungen von
polarisationsmikroskopischen Methoden gewonnen
wurden.
> JB
Doppelbrechung
Anisotrope Materialien zeigen zwischen gekreuzten Polarisatoren
das Phänomen der Doppelbrechung. Es kann
mittels Polarisationsmikroskopie zur Analyse des Aufbaus
und der inneren Ordnung transparenter anisotroper,
anorganischer wie biologischer und polymerer Strukturen
dienen.
In isotropen Materialien (Gase, Flüssigkeiten, spannungsfreie
Gläser, kubische Kristalle) ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit
v des Lichts (Wellenlänge l) in allen Richtungen
gleich. Sie besitzen damit richtungsunabhängige,
konstante Brechungsindices n(l) = c/v.
In anisotropen Materialien sind die Ausbreitungsgeschwindigkeiten
v des Lichtes und damit die Brechungsindices
n richtungsabhängig. In doppelbrechendem Material
sind außerdem für jede Richtung je zwei senkrecht
zueinander stehende Schwingungsebenen für linear polarisiertes
Licht vorgegeben. Beim Durchgang durch das
Material entstehen in verschiedenen Richtungen Laufzeitunterschiede
für zwei zueinander senkrecht schwingende,
linear polarisierte Lichtwellen mit den Brechungsindices
ng' und na'. Daraus resultieren Gangunterschiede
Γ = d · (ng' – na')
als Produkt aus der Schichtdicke d und der Doppelbrechung
(ng'–na') in der jeweiligen Richtung. Der Betrag
dieses Gangunterschiedes kann bei monochromatischem
Licht als Grauwert bzw. bei Weißlicht als charakteristische
Interferenzfarbe IF sichtbar gemacht werden, wenn
man mittels eines Analysators nur die jeweils in dessen
Durchlassebene liegenden Vektoren der beiden im Material
senkrecht zueinander schwingenden polarisierten
Wellen zur Interferenz bringt. Die unterschiedliche Ausbreitung
des Lichtes in anisotropem Material läßt sich auf
zwei Arten räumlich darstellen mittels der Lichtgeschwindigkeiten
v als zweischalige Konstruktionsfläche der
Strahlengeschwindigkeiten (Strahlenfläche), oder mittels
der Indikatrix als einschalige Konstruktionsfläche aus
den Brechungsindices n und den Schwingungsebenen
des polarisierten Lichtes für alle Richtungen.
Quelle: http://www.uni-giessen.de/~gi38/publica/mikros/kapitel9.html
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