Microscopy Hot Plate

Smeltproces bestuderen onder de QX3 microscoop

Datum: juni 2004

Principe:

M.b.v. een zelfgebouwde "hotplate" onder de QX3 microscoop het smelten van stoffen bestuderen.

Materiaal:

Natriumacetaat
Menthol
temperatuurmeter
QX3 microscoop

Uitvoering:

Het is van belang om de oxidelaag van de hotplate te beschermen tegen krassen terwijl het monster verwarmd wordt. Om dit te bereiken plaatsen we eerst een druppel glycerine in het midden van de glasplaat.
Plaats daarop een (dun) objectglaasje.
Plaats het te bestuderen materiaal op het objectglaasje.
Leg hier een dekglaasje bovenop.
Plaats de opstelling onder de microscoop.
Bevestig de verwarmingsplaat aan de gelijkspanningsbron.
Stel de microscoop scherp.
Plaats de probe van de temperatuurmeter op het objectglaasje
Zet de spanning aan en observeer.
Als we de smelttemperatuur naderen kunnen we met de QX3 een filmpje opnemen.

Resultaten:

Het resultaat kan men zien in onderstaand filmpje (in avi format, bij IE 7 moet men toestemming geven om het script uit te voeren).
Vergroting 10x, met bijlichting. Het materiaal begint al bij 35 ^oC te smelten
Natriumacetaat CH₃COO^-Na⁺ mw = 82 g/mol Vergroting 10x, met bijlichting. Smeltpunt ca. 54 oC.
Natriumacetaat CH₃COO^-Na⁺ mw = 82 g/mol Vergroting 60x, met bijlichting. Smeltpunt ca. 54 oC.

Opmerkingen:

In dit geval gebruiken we glycerine om de oxide laag te beschermen. Elke vloeistof met een hoog kookpunt is echter geschikt bv motorolie, remvloeistof, etc.
De filmpjes worden vanuit een andere site geladen, daardoor kan het iets langer duren.
Indien we de QX3 ombouwen zodat we polarisatiefilters gebruiken is het resultaat nog spectaculairder.

Literatuur:

Shawn Carlson; 'Hot View of a Microscopic World'; May, 1999; The Amateur Scientist CD-ROM.
Shawn Carlson; 'Hot Views of a Microscopic World'; Scientific American; May 1999; p.94-97.
Stephen A. Skirius; 'A 'Poor'' Microscopist's Hotstage'; The Microscope; (32)1984; p. 100-102.

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Achtergrondinformatie:

Smelten is het natuurkundige verschijnsel dat stoffen onder bepaalde omstandigheden (temperatuur) van een vaste toestand direct over gaan tot een vloeistof. Zoals weergegeven in onderstaand diagram met aggregatietoestanden.

Fase-overgangen:
Verschillende fases kunnen naast elkaar bestaan in een systeem. Welke dat zijn is afhankelijk van temperatuur, druk en samenstelling van de diverse fases. Via de grensvlakken tussen de fasen worden voortdurend moleculen uitgewisseld. Als een systeem in (een dynamisch) evenwicht is dan vindt er netto gezien geen stoftransport plaats (gemiddeld in de tijd gezien gaat er evenveel van de ene fase naar de andere fase). Als er geen evenwicht heerst, treedt er net zolang stoftransport op totdat er een stabiele toestand wordt bereikt. Hiermee veranderen dus hoeveelheden en samenstelling van de fases. Als een systeem in een stabiele toestand verkeert, is het aantal fases af te leiden uit de fasenregel van Gibbs:
Het aantal vrijheidsgraden wordt gegeven door: F = 2 + C - P
(2 wordt gegeven door T en P, C is het aantal componenten en P het aantal fasen).
Voor een een componentsysteem (unair) is F dan maximaal 2 en voor een twee componenten systeem is F dan maximaal 3.
Zo is dus het driefasesysteem ijs/water/damp alleen dan stabiel als dampdruk en temperatuur een bepaalde waarde hebben omdat F gelijk is aan 0. --> F = 2 + 1 - 3 = 0.
Een faseovergang gaat altijd gepaard met veranderingen in een van de toestandsgrootheden van het systeem.

08-03-2008