Experimenten met een zelfgebouwde Colorimeter

Datum: juni 2002

Principe:

M.b.v. een diode, een LDR, een multimeter en wat knutselwerk kunnen we een eenvoudige colorimeter bouwen.

Materiaal:

  • Dit experiment heb ik uitgevoerd met wat voedingskleurstof (blauw) en wat glorix (chloor).
  • Electronica: diode, LDR, weerstand. Zie "onderdelen" hier beneden.
  • Blikje, hout, elastiekje, schroefjes en een reageerbuisje.

Experimentele opstelling:

  • Ik heb het blikje gemonteerd op een blokje hout zodat het stabieler blijft staan.
  • Door het gebruik van reflectoren wordt de lichtopbrengst vergroot.
  • Aan de bovenkant van het blikje heb ik een gaatje geboord, dat ik afdek met zwarte tape. Door dit gaatje kan ik met een pipetje chemicalin toevoegen en de pipet ook gebruiken om te mengen.

Experiment:

  • Vul de reageerbuis met water en doe er een beetje blauwe voedingskleurstof in.
  • Meng goed en plaats het geheel in de colorimeter.
  • Begin de meting. Ik heb een digitale multimeter die ik aan de computer kan koppelen waardoord gemeten weerstandswaarden automatisch opgeslagen worden.
  • Neem een beetje chlorix op in een pipet en breng dat in de reageerbuis door het gaatje in de bovenkant. Meng de vloeistoffen door op te zuigen en weer uit te stoten.
  • Het hypochloriet in de chlorix zal reageren met de kleurstof, waardoor deze ontleed en de vloeistof ontkleurd wordt.

Resultaat:

Discussie:

Voor een 1ste orde reactie geldt dat de snelheid recht evenredig is met de concentratie van een van de reactanten.

Veel vervalreacties (denk bv. aan radioactief verval) voldoen aan een 1ste orde reactie en het concentratieverloop in de tijd kan op de volgend manier afgeleid worden.

Reactie : A B

De reactiesnelheid kunnen we dan omschrijven als:

-dCa/dt geeft aan dat C afneemt terwijl t toeneemt.

k is de snelheidsconstante

Op t=0 geldt dat C=C0

Bij verval wordt vaak het begrip halfwaarde-tijd (t) gehanteerd. Dit is de tijd waarbij de helft van de oorspronkelijke concentratie is omgezet.

Dus bij t geldt dat: C.C0

Opmerkingen:

  • Indien men LED's gebruikt met ingebouwde voorschakelweerstand is het niet noodzakelijk om een voorschakelweerstand in het systeem op te nemen.
  • Bij ronde LED's is de afgeplatte kant de kathode, vaak ook de korte connector, deze moet aan de - aangesloten worden (KNAP : Kathode Negatief Anode Positief).

Literatuur:

  • Andres, Roberto T and Sevilla III; "Using the Electrician's Multimeter in the Chemistry Teaching Laboratory - Part 1 Colorimetry and Thermometry Experiments"; Journal of Chemical Education; 1993 (70) 6; p.514-517.
  • Delumyea, R. Del; "A Device To Demonstrate the Principles of Photometry and Three Experiments for Its Use"; Journal of Chemical Education; 1987 (64) 7; p.630-634.
  • G. Papegeorgiou, K. Ouzounis and J. Xenos; "Kinetics of Chemical Reactions - A Low-Cost and Simple Apparatus";  Journal of Chemical Education; 1994 (71) 8; p.647-650.
  • Josefina Arce, Rosa Betancourt, Yamil Rivera and Joan Pijem; "The Reaction of a Food Colorant with Sodium Hypochlorite - A Student-Designed Kinetics Experiment"; Journal of Chemical Education; 1998 (75) 9; p.1142-1143.
  • James Gordon, Alan James, Stephanie Harman and Kristen Weiss; 'A Film Canister Colorimeter'; Journal of Chemical Education; 2002 (79) 8; p.1005-1006.

Onderdelen:

Multimeter, kabels en klemmen, ondoorzichtig potje, reageerbuisje.

Elektronische onderdelen:
Besteld bij Conrad (www.conrad.nl), maar in principe bij elke elektronicazaak te krijgen:

Aantal Beschrijving Afbeelding Prijs/stuk
2 Binnenreflector voor 5 mm LEDs ca. kFl 2
1 Fotoweerstanden ca. kFl 3
3 LED 5 mm , diffuus ca. kFl 2
1 Koolweerstand 
1 kOhm
ca. KFl

Appendix :

Technische gegevens componenten :
Fotoweerstanden
145475-89
A9060 5 mm 150 V

DM 2.05

 

Fotoweerstanden zijn ideaal voor de bouw van lichtsluizen, lichtrelais, dimschakelaars, telwerken, alarminstallaties, lichtobservatie, enz.
Technische spec.: (bij kleurtemp. 2700 K) weerstand bij 1000 lx, 75 tot 300W Weerstand bij volledige duisternis 30 min. na lichtversperring 10 MW Capaciteit 6 pF Grensgegevens UB = max. 150 V, P (40) = max. 0,2 W.
LED 5 mm , diffuus
182435-89 5V 12 mA groen 1,15
182427-89 5V 12 mA rood 1,15

 

(met ingebouwde voorschakelweerstand). Deze LEDs kunnen direct aan een spanning van 5 - 8 V/9 - 15 V worden aangesloten. Bij deze LEDs is de anders beslist noodzakelijke voorweerstand niet nodig, diffuus.

Mogelijk LED alternatief maar eerst een stuurschakeling (variabele weerstand opnemen) bouwen:

Full- COLOR RGB LED 5 mm
185388-89
LF 59 helder

DM 12,95
Bij deze LED zijn de drie basiskleuren rood (GaAsP), groen (GaP) en 2 x blauw (Sic) in n behuizing ondergebracht. Iedere kleur is via bepaalde pins apart aan te sturen. Door het veranderen van de verschillende stromen kan de sterkte van de basiskleuren naar keuze worden afgestemd. Daardoor is het dus mogelijk oneindig veel kleuren te vormen en met hoge intensiteit uit te stralen. Doorlaatspanning: rood 1,7 V, groen 2,2 V, blauw 3,0 V, I = 20 mA, golflengte: rood 660 nm, groen 565 nm, blauw 470 nm.

Een compleet kleurenspectrum

Informatief:

Het assortiment LED's groeit nog steeds. Meestal zijn de uitbreidingen echter alleen nieuwe vormen en afmetingen. Aan de chip zelf verandert nauwelijks iets. LED's zijn er in diverse kleuren. De kleur van het huisje is ook de kleur van het licht. Er zijn ook LED's die in een glashelder huisje zitten. Doorgaans hebben deze LED's een grotere helderheid. De belangrijkste gegevens:
type rood geel groen
golflengte standaard (nm) 660 585 565
golflengte high-bright (nm) 630 585 565
materiaal standaard Ga-As-P Ga-P Ga-P
materiaal high-bright Ga-P Ga-P Ga-P
stroom (mA) 50 50 50
spanning bij 10mA (V) 1,6 2,0 2,1
Max. reverse spanning (V) 5 5 5

De helderheid van een LED wordt uitgedrukt in millicandela (mcd) bij een stroom van 10 mA. De lichtopbrengst wordt door de toegepaste chiptechniek, het materiaal van de lens en de stralingshoek bepaald.

Het is van belang dat een LED nooit zonder voorschakelweerstand gebruikt wordt. Het maakt niet uit of deze weerstand in de kathode of de anode aansluiting wordt opgenomen. De weerstand begrenst de stroom door de LED. De grootte van de weerstand is afhankelijk van de voedingsspanning en is als volgt te berekenen.

        Ub - Uled
Rv = ----------
             If

Rv = Gezochte Weerstand.
Ub = Voedingsspanning.
Uled = Doorlaatspanning van de LED.
If = Doorlaatstroom ( ca 20 mA meestal).

Voor de meest gebruikte spanningen is de weerstand:

spanning (V) weerstand (Ohm) Wattage (W)
5 180
6 220
9 390
12 560
15 680
18 820
24 1200

18-01-2017