Определение поляризационных свойств растворов спиртов рефрактометрическим методом

1. Определение поляризационных свойств растворов спиртов рефрактометрическим методом

Назарова Анна Андреевна –
студентка 2 курса, РИ(ф)МПУ.
Мельник Галина Исааковна–
к.ф.-м.н., доцент, научный руководитель,
РИ(ф)МПУ.

2.

Если компоненты органических смесей близки
по своим свойствам, то количественный
анализ органических смесей является
непростой задачей. Для определения
количественного соотношения компонентов в
таких случаях приходится прибегать к
хроматографическим, спектрометрическим и
подобным методам.

3.

Определении удельной рефракции смеси и ее
компонентов. Для этого необходимы
приборы, которые обычно есть в любой
учебной лаборатории – аналитические весы,
рефрактометр.

4.

Оптический метод анализа – рефрактометрия.
Современные приборы для
рефрактометрического анализа
достигают точности 10-3%.
определять строение органических и
неорганических соединений
проводить идентификацию
веществ
изучать растворы и смеси
И. Ньютон

5.

Сама по себе рефракция представляет собой один из видов поляризации
молекул, а именно электронную поляризацию под действием световых
волн видимой части спектра. Остальные виды поляризации –
ориентационная и атомная при прохождении видимого света через
вещество не успевают реагировать на частоту колебаний этой области
спектра (более 1014 герц), поскольку как молекулы, так и атомы слишком
массивны и инерционны для этого.

6.

В результате взаимодействия происходит
деформация электронных оболочек и свет,
проходящий через вещество, замедляется в
той или иной степени, что количественно
выражается через показатель преломления
при переходе луча из одной фазы (воздуха) в
другую.

7.

В основе метода лежит свойство
аддитивности. Оно заключается в том, что
рефракция сложного вещества представляет
собой сумму рефракций атомов, ионов,
группировок, из которых состоит молекула, а
также составляющих (инкрементов) кратных
связей, двойных и тройных.

8.

Плотность
На величину молярной
и удельной рефракции
влияют, как и на
поляризацию молекул
вещества
Диэлектрическая
проницаемость среды
Поляризуемость

9.

Поляризация Р молекулы связана с
индивидуальными характеристиками
молекулы формулой Дебая
P Pдеф
1 M 4
Pор
N
A
2
3
Рдеф –
деформационная
поляризация
М – молярная
масса вещества
Рор –
ориентационная
поляризация
NA – число
Авогадро

10.

Связь диэлектрической проницаемости
среды с показателем преломления
вещества n (формула Максвелла)
n
2
Тогда электронная поляризация и равная ей
мольная рефракция RМ рассчитывается по
формуле Лорентца-Лоренца
n 1 M 4
Pэл 2
N
R
A
эл
М
n 2 3
2

11.

Молярная рефракция обладает
свойством аддитивности, которое
можно записать выражением
m- число атомов,
циклов, кратных связей
RM mRат mRцикл mRкратных связей
Rат –
атомная
рефракция
Rцикл –
рефракция
циклов
Rкратных связей –
рефракция
кратных связей

12.

В физико-химических исследованиях
пользуются также понятием удельная
рефракция
n 1 1
r 2
n 2
2

13.

Рефрактометр ИРФ-454 Б2М
Исследовались водноспиртовые растворы
этилового спирта
(этанола С2Н5ОН)

14.

При измерениях показателя преломления
учитывалась температура вещества, поскольку
показатель преломления в зависимости от
температуры изменяется в соответствии
уравнением степенного ряда
n n k1 t 20 k 2 t 20 ...
t
n
2
20
k1
t
показатель
преломления при
температуре t
n
20
- показатель
преломления
при 20 С
k2
- температурные коэффициенты

15.

Плотность
раствора,
кг/м3
1,3396
1,3465
1,3525
1,3560
1,3621
1,3624
1,3645
1,3650
1,3642
1,3613
Содержание
спирта в
растворе,
об.%
1,3329
Показатель
преломлени
я n при t=20
0C
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
998 985 974 962 948 931 910 885 860 830 780
Таблица 1. Экспериментальные результаты измерений

16.

Зная математическое выражение для
зависимости показателя преломления от
концентрации, можно определить
концентрацию неизвестного раствора по
значению его показателя преломления.
1,375
1,37
y = 0,0005x + 1,3346
R2 = 0,9841
1,365
1,36
1,355
Ряд1
Линейный (Ряд1)
1,35
1,345
1,34
1,335
1,33
0
10
20
30
40
50
60
70
Рис. 1. Зависимость показателя преломления
водно-спиртового раствора от концентрации этанола

17.

Рассчитаем молекулярную рефракцию
этилового спирта (этанола)
CH3-CH2-OH
по экспериментальным данным и значения
молярной рефракции по методу аддитивности.
n 2 1 M 1.36132 1 46.07
RМ C2 H 5OH 2
12.923
2
1.3613 2 0.7893
n 2
Для определения экспериментального
значения воспользуемся формулой
Лорентца-Лоренца и измеренными
значениями показателя преломления и
плотности исследуемого вещества – этанола.

18.

Рассчитаем молярную рефракцию суммированием по атомам с
использованием значений атомных рефракций.
Rтеор C2 H 5OH 2 R C 6 R( H ) R(Oв спиртовой группе )
2 2,418 6 1,100 1 1,525 12,961
Затем вместо атомных рефракций применим расчет по рефракциям
связей, которым условно приписывается и поляризуемость
электронов, не участвующих в образовании связей.
Rтеор C2 H 5OH 5 R C H 6 R(C C ) R(C O ) R O H
5 1.669 1,286 1,769 1.65 13.05

19.

По результатам этой работы можно отметить,
что, используя достаточно простой метод
определения молярной рефракции с помощью
измерения показателя преломления, мы
подтвердили, что можно определить формулу
вещества и наличие функциональных групп.
Эта работа способствует
развитию таких
навыков и умений как
планирование и
проведение
эксперимента,
обработки и анализу
результатов
исследований.

20.

Список использованной литературы
1. Никольский, Б. П. Справочник химика / Б.П.
Никольский. - М.: Научно-техническое издательство
химической литературы, 2012. - 517 c.