Рефрактометричне Дослідження будови молекул та концентрації розчинів

 

2.1 Мета роботи

 

Набути практичні навички роботи з рефрактометром. Закріпити теоре-тичні знання про будову молекул, а також ознайомитись з одним із способів визначення концентрації розчинів.

 

2.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

 

Будова молекул визначає хімічні якості речовин та їх реакційну здібність, а також сили міжмолекулярної дії, від яких залежить ряд фізичних властивостей речовини [1]. Всі молекули можна поділити на два типи: полярні і неполярні. Для визначення будови молекули треба знати їх основні електричні й оптичні характеристики – дипольний момент та поляризованість .

Однак, якщо і неполярна молекула розміщена в зовнішньому електричному полі або в електричному полі сусідньої полярної молекули або іона, то легкорухомі електрони зазнають деякого зміщення, в результаті чого з’являється наведений або індукований дипольний момент. Зміщення в

електричному полі зазнають і атоми, які входять до складу молекул. Полярні молекули орієнтуються в електричному полі, і у них також має місце зміщення атомів і електронів.

Явище зміщення електронів, атомів, орієнтації молекул в електричному полі називається поляризацією. Здатність молекул до поляризації характеризується поляризованістю.

Поляризація молекул буває електронною , атомною і орієнтаційною :

П = + + . (2.1)

Поляризованість молекул дорівнює сумі електронної, атомної та орієнтаційної поляризованостей:

= + + . (2.2)

 

 

Поляризація діелектрика розраховується за рівнем Дебая:

, (2.3)

де – діелектрична проникність діелектрика;

M – молекулярна маса речовини;

– густина.

 

Залежність поляризації від температури визначається рівнянням:

, (2.4)

де – число Авогадро;

– дипольний момент молекули;

– постійна Больцмана.

При збільшенні частоти електричного поля спочатку відпадає орієнтаційна поляризація, а потім і атомна. Електронна поляризація зберігається навіть у змінному електричному полі з частотою с^-1, що відповідає частоті електромагнітних коливань видимого світла. При нескінченно великій довжині хвилі діелектрична проникність становитиме:

, (2.5)

де – показник заломлення світла при .

 

Із рівняння (2.5) виходить, що

, (2.6)

де – молярна рефракція, ;

– показник заломлення променя видимого світла;

– молярна маса речовини;

–густина речовини при температурі визначення показника заломлення.

Молярна рефракція є електронною поляризацією і може бути розрахована за рівнянням (2.6).

 

Молекулярна рефракція не залежить від агрегатного стану речовини і від температури. Рефракція молекули є адитивною речовиною:

(2.7)

 

де – атомна рефракція;

– рефракція циклів;

– рефракція кратних зв’язків;

m_1, m₂, m₃ – число атомів, кратних зв’язків, циклів відповідно.

Адитивність рефракції використовується для з’ясування будови молекул органічних сполук.

 

2.3 Опис лабораторної установки

 

Лабораторна установка – це промисловий прилад, модифікований рефрактометр Аббе. Прилад призначений для визначення показника заломлення рідини в межах від 1,33 до 1,54. Принцип дії рефрактометра оснований на визначенні кута повного внутрішнього відбиття.

Під час виконання роботи треба:

1. Відкрити верхню призму.

2. Нанести краплю дослідженої рідини на нижню призму.

3. Закрити нижню призму.

4. Навести світловий пучок дзеркалом на вікно нижньої призми.

5. Переміщувати рукоятку з окуляром до того часу, поки візирна лінія не стане сумісною з границею світлого і темного полів.

6. Домогтись різкого зображення границі полів.

7. Уточнити установку візирної лінії на кордоні полів.

8. Записати показник заломлення по лівій шкалі.

 

2.4 Порядок виконання роботи і методичні вказівки з її виконання

 

Адитивність рефракції та визначення концентрації розчину за показником заломлення.

З а в д а н н я 1. Експериментальне вивчення адитивності рефракції.

Необхідно виміряти показник заломлення та густину органічної рідини.

Речовину видає викладач.

За рівнянням (2.6) обчислити мольну рефракцію і порівняти її із значенням рефракції, обчисленої за правилом адитивності.

З а в д а н н я 2. Застосування рефрактометричних вимірювань для визначення концентрації розчину.

Для цього треба приготувати ряд розчинів різної концентрації і вимірювати показник заломлення кожного з них. За отриманими результатами будують калібрувальний графік, за яким знаходять концентрацію контрольного розчину.

 

2.5 Контрольні запитання та завдання

 

1. Що таке поляризація молекул? Якою формулою вона визначається?

2. Який вид поляризації можна визначити за допомогою рефрактометра?

3. Що таке молекулярна рефракція?

4. Напишіть формулу для обчислення молекулярної рефракції.

5. Як за допомогою рефракції обчислити структуру молекули? Що таке адитивність?

6. Як визначити концентрацію розчину рефрактометричним методом?