پلاریزاسیون الکترونیکی نیز نامیده می شود مولر (یا مولر) شکست و با حرف مشخص می شود آر.

بنابراین، در فرکانس های به اندازه کافی بالا برای غیر قطبی مواد شکست مولی را می توان با فرمول تعیین کرد:

تغییر در سرعت نور هنگام حرکت از یک محیط به محیط دیگر با برهمکنش نور با الکترون های مولکول ها مرتبط است. بنابراین، ضریب شکست nمرتبط با پلاریزاسیون الکترونیکی آر.

بر اساس تئوری الکترومغناطیسی نور، ماکسول ثابت کرد که برای مواد شفاف غیر قطبی یک رابطه وجود دارد:

که در آن n ¥ ضریب شکست یک ماده در طول موج بی نهایت، l ® ¥ است.

بیایید رابطه ماکسول را با فرمول (4.21) جایگزین کنیم. معادله زیر را بدست می آوریم

R= (4.23)

از آنجایی که R = P el =،

که (4.24)

رابطه (4.24) فرمول لورنتس-لورنتس نامیده می شود. ضریب شکست یک ماده را مرتبط می کند nبا قطبش پذیری الکترونیکی آذرات تشکیل دهنده آن فرمول (4.24) در سال 1880 توسط فیزیکدان هلندی H.A. لورنتس و مستقل از او، فیزیکدان دانمارکی ال. لورنتس. فرمول (4.23) برای استفاده از مواد خالص مناسب است.

ضریب شکست nطبق فرمول کوشی به طول موج بستگی دارد:

n l = n ¥ + a/l 2،

که در آن a مقداری ثابت تجربی است.

در نتیجه، شکست نیز تابعی از طول موج است، یعنی. R = f (l).

معمولاً برای تعیین شکست کافی است از ضریب شکست مربوط به ناحیه مرئی طیف استفاده شود. خط زرد در طیف سدیم به عنوان استاندارد انتخاب شد (برای تعیین دقیق تر ضریب شکست، یک لامپ سدیم به عنوان منبع نور استفاده می شود). طول موج مربوط به خط زرد Na، l D = 5893 A 0 = 589.3 نانومتر. بر این اساس ضریب شکست n D.

برای مواد غیر قطبی، n ضعیف به فرکانس (یا طول موج) بستگی دارد.

مثلا برای بنزن آ

برای مواد قطبی، رابطه ماکسول برقرار نیست. بله برای آب آ .

اگر مولکول تقریباً به صورت کره شعاع در نظر گرفته شود r، سپس a »r 3،

و R = , (4.25)

آن ها شکست مولی R برابر با حجم همه مولکول ها است, موجود در یک مول از یک ماده، و قطبش پذیری تمام الکترون های موجود در 1 مول از یک ماده را مشخص می کند.. این هست معنای فیزیکی شکست.

ابعاد [R] = m 3 (در سیستم SI)، [R] = cm 3 (در سیستم GHS).

شکست مولی آردارای تعدادی ویژگی است که به لطف آنها به طور گسترده در حل مسائل مربوط به ساختار ماده استفاده می شود.

بیایید خواص شکست را در نظر بگیریم.

1. شکست عملاً به وضعیت تجمع، دما، فشار بستگی ندارد. بنابراین می توان آن را برخی دانست ثابت ویژگی یک ماده معین

2. انکسار مولی مقدار است افزودنی . این خاصیت در این واقعیت آشکار می شود که شکست یک مولکول شامل انکسار یون ها، اتم ها، گروه های اتمی و پیوندهای فردی خواهد بود.

بنابراین، شکست مولی یک ماده را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

R= , (4.26)

جایی که R i (at) - شکست اتمی.

R i (inc) - انکسار افزایش ها، یعنی. شرایط اضافی برای اوراق قرضه دوگانه، سه گانه، چرخه ها و غیره؛

n i - تعداد اتم ها، پیوندها، چرخه ها.

روش دوم از نظر فیزیکی توجیه بیشتری دارد، زیرا ابر الکترونی قطبی شدن متعلق به پیوند است، نه به اتم های منفرد. با این حال، هر دو روش معمولاً به نتایج تقریباً یکسانی منجر می شوند.

مقادیر شکست اتم ها و پیوندهای جداگانه با مقایسه مقادیر تجربی انکسارهای مولی تعیین شده از ضرایب شکست برای مولکول های مختلف حاوی این اتم ها و پیوندها به دست آمد.

3. انکسار یک کمیت است سازنده ، یعنی مقدار R را می توان برای قضاوت در مورد ساختار مولکول ها استفاده کرد.

کاربرد شکست.با استفاده از مقادیر شکست، می توانید بسیاری از مسائل را حل کنید:

1. محاسبه قطبش پذیری الکترونیکی یک الو شعاع مؤثر ذره (اتم، مولکول). با استفاده از فرمول لورنتس-لورنتس (4.24) و رابطه a el » r 3 می توانیم بنویسیم:

,

(4.27)

با این حال، ارزش برای r، محاسبه شده با استفاده از فرمول (4.28) تنها با تقریب اول صحیح است.

2. انکسار می تواند به کار رود برای تخمین تقریبی گشتاور دوقطبی مولکول های قطبی .

مشخص است که P = P el + P در + P or

زیرا P در<< П эл, то П » П эл + П ор или П = R + П ор,

از این رو P یا = P – R

از طرف دیگر P یا =

از دو عبارت آخر بدست می آوریم:

(4.29)

این روش تعیین مترفقط برای مواد قطبی ضعیف منطقی است، زیرا مولکول های قطبی با یکدیگر تعامل دارند. استفاده از روش محلول های رقیق مواد قطبی در حلال های غیر قطبی برای تعیین پلاریزاسیون بسیار موثرتر است.

3. می توان از معادله R 1.2 = x 1 R 1 + x 2 R 2 استفاده کرد برای تعیین ترکیب مخلوط و اجزای انکساری . بر اساس مقدار شکست، غلظت محلول ها را می توان با دقت بسیار بالایی تعیین کرد.

x 2 = , (4.30)

که در آن R 1 شکست حلال است.

R 2 - شکست ماده محلول؛

R 1.2 - شکست مخلوط.

4. ساختار شکست به صورت ساده استفاده می شود راهی برای بررسی درستی ساختار مورد انتظار مولکول ها .

هنگام تعیین فرمول ساختاری یک ماده به صورت زیر عمل کنید:

آ)تعیین کنید r, nدر یک درجه حرارت؛

ب)با توجه به فرمول لورنتس-لورنتس محاسبه می کنند آر- ارزش آزمایشی؛

V)با نوشتن چندین فرمول ساختاری که با فرمول تجربی ماده مطابقت دارد، مقدار شکست را برای هر ساختار با استفاده از داده های جدولی برای آن محاسبه کنید. R درو R St;

ز)مقدار تجربی شکست را مقایسه کنید R opو محاسبه شد R calc. فرمول ساختاری صحیح همان فرمول ساختاری است R opنزدیکترین به R calc .

روش تجزیه و تحلیل شکست سنجی در شیمی

معرفی

1.1 انتشار نور

1.3 پراکندگی نور

1.4 بازتاب داخلی کل

2. گشتاورهای دوقطبی و شکست

2.1 قطبش پذیری و گشتاور دوقطبی

2.1.1 قطبش پذیری مولی

2.2 شکست مولی

3. شکست و ساختار مولکولی

3.1 افزایش انکسار

3.2 تعالی نوری

3.3 پراکندگی شکست مولکولی

3.4 انکسار و اندازه های مولکولی

4. رفرکتومتری محلول ها

4.1 تجزیه و تحلیل راه حل های دو جزئی

4.2 تجزیه و تحلیل راه حل های سه جزئی

5. انکسار سنجی پلیمرها

نتیجه

کتابشناسی - فهرست کتب

معرفی

روش انکسار سنجی سابقه طولانی در استفاده در شیمی دارد.

شکست سنجی (از لاتین refraktus - شکست و یونانی metréō - اندازه گیری، اندازه گیری) شاخه ای از اپتیک کاربردی است که به روش هایی برای اندازه گیری ضریب شکست نور (n) در طول انتقال از یک فاز به فاز دیگر می پردازد. ضریب شکست n نسبت سرعت نور در محیط اطراف است.

در رابطه با شیمی، شکست معنای معنایی گسترده تری دارد. شکست R (از لاتین fractio - شکست) معیاری برای قطبش پذیری الکترونیکی اتم ها، مولکول ها، یون ها است.

قطبش ابرهای الکترونی در مولکول ها به وضوح در جذب مادون قرمز (IR) و ماوراء بنفش (UV) مواد آشکار می شود، اما تا حد زیادی مسئول پدیده ای است که از نظر کمی با انکسار مولکولی مشخص می شود.

هنگامی که نور به عنوان تشعشعات الکترومغناطیسی از ماده عبور می کند، حتی در غیاب جذب مستقیم، می تواند با ابرهای الکترونی مولکول ها یا یون ها تعامل داشته باشد و باعث قطبش آنها شود. برهمکنش میدان های الکترومغناطیسی پرتو نور و میدان الکترونی اتم منجر به تغییر در قطبش مولکول و سرعت جریان نور می شود. همانطور که قطبش پذیری محیط افزایش می یابد، n نیز افزایش می یابد، شاخصی که مقدار آن مربوط به شکست مولکولی است. این پدیده همراه با روش گشتاورهای دوقطبی برای بررسی ساختار و خواص ترکیبات معدنی، آلی و عناصر آلی مورد استفاده قرار می گیرد.

رفرکتومتری همچنین به طور گسترده ای برای تعیین ساختار ترکیبات هماهنگ (کمپلکس های مولکولی و نوع کلات)، مطالعه پیوندهای هیدروژنی، شناسایی ترکیبات شیمیایی، تجزیه و تحلیل کمی و ساختاری و تعیین پارامترهای فیزیکوشیمیایی مواد استفاده می شود.

در عمل صنعتی، ضریب شکست n برای کنترل درجه خلوص و کیفیت مواد استفاده می شود. برای اهداف تحلیلی - برای شناسایی ترکیبات شیمیایی و تعیین کمی آنها. بنابراین، انکسار سنجی روشی برای مطالعه مواد بر اساس تعیین ضریب شکست (ضریب شکست) و برخی از عملکردهای آن است. از n توابع مورد استفاده در شیمی، مهمترین آنها عبارتند از: تابع لورنتس-لنز، مشتق n با توجه به غلظت مواد محلول (افزایش n) و فرمول های پراکندگی که شامل تفاوت در ضرایب شکست برای دو طول موج است. افزایش n در کروماتوگرافی مایع و در تعیین وزن مولکولی پلیمرها با پراکندگی نور استفاده می شود. برای تجزیه و تحلیل شکست سنجی محلول ها در محدوده غلظت وسیع، از جداول یا فرمول های تجربی استفاده می شود که مهمترین آنها (برای محلول های ساکارز، اتیل الکل و غیره) مورد تایید قراردادهای بین المللی بوده و مبنای ساخت ترازوهای تخصصی را تشکیل می دهند. انکسارسنج برای آنالیز محصولات صنعتی و کشاورزی. روش‌هایی برای تجزیه و تحلیل محلول‌های سه جزئی بر اساس تعیین همزمان n و چگالی یا ویسکوزیته یا اجرای تبدیل‌های شیمیایی با اندازه‌گیری n از راه‌حل‌های اولیه و نهایی ایجاد شده‌اند. این روش‌ها در کنترل فرآورده‌های نفتی، دارویی و غیره استفاده می‌شوند. شناسایی ترکیبات آلی، مواد معدنی و مواد دارویی طبق جداول n در نشریات مرجع انجام می‌شود. از مزایای روش انکسار سنجی می توان به سادگی و هزینه نسبتا پایین ابزارهای تعیین ضریب شکست نور اشاره کرد.

1. برخی از مفاهیم اپتیک فیزیکی

1.1 انتشار نور

انکسار پلاریزه پذیری ماده شیمیایی شکست

فرضیه اول - گسیل یا گلوله، بیان کرد که نور جریانی از ذرات ریز - ذرات است که توسط یک جسم درخشان گرم منتشر می شود. این ذرات با رسیدن به چشم، احساسات بصری را منعکس می کنند. هنگام برخورد با مانع، بسته به خواص مواد بدن، ذرات از سطح آن منعکس شده یا به داخل نفوذ می کنند.

این فرضیه در حالی که به راحتی قوانین بازتاب نور را توضیح می دهد، نمی تواند برخی از ویژگی های شکست نور را توضیح دهد و اصلاً تداخل نور را توضیح نمی دهد.

فرضیه دوم، فرضیه موج، استدلال می‌کند که ذرات ساطع شده از یک جسم نورانی در حالت ارتعاشات بسیار سریع هستند و امواجی را تولید می‌کنند که در همه جهات پخش می‌شوند و با رسیدن به چشم، باعث ایجاد احساسات بصری می‌شوند. تئوری موج در توضیح تداخل نور و سایر پدیده‌هایی که برای فرضیه جسمی غیرقابل دسترس بودند، کار خوبی انجام داد، اما قادر به توضیح چگونگی انتشار امواج در خلاء نبود. متعاقباً، این ابهام با تشخیص اینکه امواج نور ماهیت الکترومغناطیسی دارند، برطرف شد. بنابراین، طبق این فرضیه، نور یک میدان الکترومغناطیسی است که به سرعت در حال تغییر است.

متعاقباً، با انباشت داده‌های تجربی و تفسیر نظری آن‌ها، می‌توان ماهیت خاص و دوگانه پدیده‌های نور را تثبیت کرد و هر دو فرضیه ظاهراً منحصر به فرد متقابل را در یک نظریه منسجم و فارغ از تضادهای درونی ترکیب کرد. مطابق با این نظریه، نور را می توان هم به عنوان یک حرکت موجی با ماهیت الکترومغناطیسی و هم به عنوان جریانی از ذرات منتشر شده توسط یک منبع نور در قالب بخش های جداگانه نور - کوانتا یا فوتون در نظر گرفت.

در عین حال، پدیده های نوری را می توان از موضع اپتیک هندسی یا پرتویی نیز که کاربرد ساختارها و قضایای هندسی است، در نظر گرفت.

پایه و اساس نزدیک شدن هندسه با دکترین نور و توسعه اپتیک پرتو، ایده صاف بودن انتشار نور بود. اپتیک پرتو به دلیل سادگی و شفافیت همچنان نقش اصلی را در تمام محاسبات نوری و روشنایی حفظ می کند و معمولاً مطابقت کامل بین داده های محاسبه شده و تجربی را نشان می دهد.

اپتیک پرتو بر سه کاربرد اصلی استوار است:

راستی انتشار نور در محیط همگن؛

رفتار نور در سطح مشترک بین دو رسانه، به شرطی که چنین مرزی یک سطح ایده آل صاف باشد.

استقلال انتشار نور.

این مقررات به صورت تجربی، یعنی تجربی با مقایسه روابط هندسی بدون در نظر گرفتن ویژگی های مرتبط با ماهیت پیچیده نور، ایجاد می شوند.

برای اینکه فقط با عناصر هندسی بصری کار کند، دو مفهوم مرسوم در اپتیک پرتو معرفی شده است: یک پرتو و یک نقطه نورانی.

پرتو به جهتی اشاره دارد که نور در آن حرکت می کند. به طور تجربی ثابت شده است که در خلاء و در یک محیط شفاف همگن (گاز، مایع یا جامد) (مثلاً در هوا با فشار ثابت، در آب یا شیشه)، نور به صورت مستقیم پخش می شود و پرتو یک خط مستقیم است. که ابتدای آن منبع نور است.

نقطه نورانی منبع نوری است که ابعاد کوچک آن قابل چشم پوشی است. از نظر فیزیکی، هر منبع نوری دارای ابعاد مشخصی است، اما اگر این ابعاد را با فواصلی که اثر نور در آنها گسترش می یابد مقایسه کنید، به طور مشروط (بدون خطای قابل توجه) منبع نور به عنوان یک نقطه در نظر گرفته می شود.

از یک نقطه نورانی، تعداد بی نهایت پرتو در همه جهات به شکل یک پرتو واگرا می شوند و کل فضای اطراف را پر می کنند. چنین بافته ای نامحدود نامیده می شود. با این حال، اگر یک دیافراگم - یک صفحه مات با یک سوراخ - در مسیر چنین پرتویی قرار گیرد، نور در پشت دیافراگم به صورت یک پرتو محدود منتشر می شود.

با کاهش باز شدن دیافراگم می توان تیرهای ظریف و ظریف تری را جدا کرد. به نظر می رسد که این باید به تیر نازکی منجر شود که بتوان آن را "تیر جداگانه" در نظر گرفت. با این حال، تجربه این فرض را تایید نمی کند. با کاهش قطر سوراخ، پرتوها صافی خود را از دست می دهند و شروع به خم شدن در اطراف لبه های آن می کنند و هر چه سوراخ کوچکتر شود، پرتوها بزرگتر می شوند.

پدیده خم شدن امواج نور (صوت و غیره) به دور موانعی که در طول مسیر با آن مواجه می شوند، پراش نور نامیده می شود و به دلیل ماهیت موجی آن است. به همین دلیل، جدا کردن یک پرتو غیرممکن است و در واقعیت فقط دسته‌هایی از پرتوها وجود دارد.

1.2 شاخص شکست نور (شاخص شکست)

اگر در مسیر پرتو نوری که در یک محیط همگن شفاف (مثلاً در هوا) منتشر می شود، با محیط همگن شفاف دیگری (مثلاً شیشه) مواجه شود، در این صورت در حد فاصل بین رسانه، پرتو نور به دو بخش تقسیم می شود. پرتوهایی که یکی از آنها وارد محیط جدید می شود و جهت خود را تغییر می دهد (شکست می شود) و دیگری که از سطح مشترک منعکس می شود و جهت خود را تغییر می دهد، در محیط اول به انتشار ادامه می دهد. هنگامی که یک پرتو در محیط همگن منتشر می شود و تک جهتی آن را تغییر می دهد، صافی انتشار را هم قبل و هم بعد از رابط حفظ می کند (شکل 1).

بنابراین، انکسار و انعکاس با یکنواختی انتشار نور در محیط های همگن تضاد ندارند.

برنج. 1. رفتار پرتو در رابط

خط MM در شکل. 1 رابط (مرز) بین هوا و شیشه را نشان می دهد. یک پرتو فرودی از نور تک رنگ (نور، معمولاً یک طول موج) یک زاویه ABO = α با O\O' معمولی به سطح مشترک بین رسانه ایجاد می کند. این زاویه را زاویه تابش پرتو می نامند. در محیط دیگری، پرتو با O' BC = β معمولی زاویه انکسار ایجاد می کند.

تعیین دمای ذوب

هدف کار: نقطه ذوب نفتالین را تعیین کرده و بر اساس محدوده دمایی آن، درجه خلوص آن را ارزیابی کنید.

2.1.1. مواد، معرف ها، تجهیزات:

مویرگی شیشه ای (قطر 1 میلی متر طول 40-50 میلی متر) در یک انتها آب بندی شده، لوله شیشه ای (قطر 10 میلی متر، طول 40-50 میلی متر)، دستگاهی برای تعیین نقطه ذوب، نفتالین، اجاق برقی.

مقررات عمومی

تعیین نقطه ذوب

نقطه ذوب مادهدمایی است که فاز جامد آن با مذاب خودش در تعادل است.

نقطه ذوب مهمترین ویژگی یک ترکیب است. با مقدار دمای ذوب، می توان یک ترکیب را شناسایی کرد، زیرا این ثابت همیشه در کتاب های مرجع در مورد خواص ترکیبات، به عنوان مثال، /2، 4/ آمده است.

برای شناسایی مواد، به اصطلاح نیز اغلب استفاده می شود. "نمونه ذوب مخلوط". برای انجام این کار، مقدار مساوی از ماده شناسایی شده و ماده شناخته شده را با دقت مخلوط کنید. اگر نقطه ذوب مخلوط بدون تغییر باقی بماند، در مورد هویت هر دو ماده نتیجه گیری می شود. اگر نقطه ذوب نمونه کمتر از نقطه ذوب مواد اولیه باشد، در نتیجه، این مواد متفاوت هستند. این روش بر این واقعیت استوار است که مواد خالص دارای نقطه ذوب کاملاً مشخص ("تیز") هستند (با دقت 0.01 درجه سانتیگراد). وجود ناخالصی ها باعث کاهش نقطه ذوب می شود. علاوه بر این، مواد حاوی هر گونه ناخالصی ذوب می شوند محدوده دما،یعنی نقطه ذوب مشخصی ندارند. بنابراین، تعیین نقطه ذوب می تواند اطلاعات کیفی در مورد خلوص یک ماده ارائه دهد.

تعیین نقطه ذوب همچنین به فرد امکان می دهد تا در مورد ساختار مولکولی احتمالی ماده نتیجه گیری غیرمستقیم بگیرد. به عنوان مثال، ثابت شده است که ایزومرهای دارای مولکول های متقارن در دمای بالاتری نسبت به مواد با ساختار متقارن کمتر ذوب می شوند. نقطه ذوب نیز با افزایش درجه ارتباط مولکول ها (به عنوان مثال، به دلیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی) افزایش می یابد.

تقریبا تخمین زدن نقطه ذوب یک ماده را می توان با استفاده از دماسنج آزمایشگاهی معمولی تعیین کرد. چندین کریستال از ترکیب مورد آزمایش با دقت مستقیماً روی لامپ جیوه ای دماسنج قرار می گیرند. در مرحله بعد، دماسنج با کریستال ها به دقت روی سطح یک صفحه داغ از قبل گرم شده با یک مارپیچ بسته قرار می گیرد. با تنظیم ارتفاع دماسنج در بالای سطح گرم شده، میزان افزایش دما تقریباً تنظیم می شود. با دقت به طور متناوب وضعیت کریستال ها و مقدار دما را مشاهده کنید، توجه داشته باشید شروع کنیدذوب شدن ماده (ظاهر اولین قطرات فاز مایع). این فرآیند را می توان چندین بار تکرار کرد و به دقیق ترین تعیین شروع فرآیند ذوب دست یافت. البته، این روش فقط یک ایده تقریبی از دمای ذوب را ارائه می دهد، اما این امکان را فراهم می کند تا آزمایشات بعدی را به طور قابل توجهی ساده کنید تا این ثابت را به دقت تعیین کنید.

روش شناسی فرآیند عمومی

برای تعیین دقیق نقطه ذوب، چندین دستگاه ساختاری مختلف با درجات مختلف پیچیدگی و سهولت استفاده وجود دارد، اما اصل عملکرد آنها یکسان است. ترکیب مورد آزمایش در یک مویرگی شیشه ای (قطر 1 میلی متر، طول 40-50 میلی متر) قرار می گیرد که در یک انتها مهر و موم شده است. ابتدا این ماده در هاون آسیاب می شود و به پودر ریز تبدیل می شود. برای پر کردن مویرگ، انتهای باز آن در پودر غوطه ور می شود و مقداری از ماده وارد قسمت بالایی مویرگ می شود. در مرحله بعد (برای انتقال ماده به قسمت پایینی مویرگ و فشرده سازی لایه)، مویرگ، انتهای مهر و موم شده به پایین، در یک لوله شیشه ای بلند، باریک و عمودی (قطر 10 میلی متر، طول 40 تا 50 سانتی متر) پرتاب می شود. با چندین بار تکرار این روش، یک لایه متراکم از ماده در یک مویرگ به ارتفاع 3-5 میلی متر بدست می آید.

تعیین مستقیم نقطه ذوب در یک دستگاه شیشه ای ویژه (شکل 5) که از یک فلاسک ته گرد (1) با یک خنک کننده با جوش بالا، یک لوله آزمایش (2) و یک دماسنج (3) تشکیل شده است انجام می شود. مویین (4) با ماده آزمایشی با حلقه ای از لوله لاستیکی (5) به دماسنج متصل می شود تا ستون ماده در سطح وسط گلوله جیوه باشد. دستگاه در ابتدا به سرعت در یک حمام هوا (مانتو گرمکن، اجاق گاز برقی) گرم می شود و در آخرین 15-20 دمای ذوب مورد انتظار، دما با سرعت حداکثر 2 درجه در دقیقه افزایش می یابد. نقطه ذوب دما در لحظه ذوب کامل یک ماده است.

به طور معمول، یک ماده در محدوده دمایی ذوب می شود و هر چه ماده خالص تر باشد، محدوده کوچکتر است. شروع ذوب را لحظه ای می دانند که اولین قطره در مویرگ ظاهر می شود و پایان آن ناپدید شدن آخرین بلورهای ماده است.

پردازش نتایج

در طول کار انجام شده، نقطه ذوب نفتالین مشخص شد، مشخص شد که محدوده دمایی بیش از مقادیر مجاز است، بنابراین می توان گفت نفتالین فنی به اندازه کافی خالص نیست. همچنین می توان اضافه کرد که مخلوطی از مواد مختلف معمولاً در دمای پایین تری نسبت به خود مواد ذوب می شود. برای تعیین اینکه آیا مواد با نقطه ذوب مشابه یکسان یا متفاوت هستند، نقطه ذوب مخلوطی از این مواد (نمونه مخلوط) را تعیین کنید؛ اگر نقطه ذوب نمونه کمتر از نقطه ذوب موادی است که برای آماده سازی گرفته شده است، سپس بنابراین، ما با مواد مختلفی سر و کار داریم. برعکس، عدم وجود فرورفتگی در نقطه ذوب یک نمونه مخلوط، دلیلی بر هویت مواد گرفته شده در نظر گرفته می شود.

آزمایشگاه 2.2

تعیین انکسار مولکولی

ترکیبات آلی

هدف کار: تعیین ضریب شکست و شناسایی یک ترکیب آلی ناشناخته.

2.2.1. مواد، معرف ها، تجهیزات:

انکسارسنج Abbe، فلاسک مخروطی با ترکیب ناشناخته، پیپت، پشم پنبه (مرطوب شده با اتر).

مقررات عمومی

ضریب شکست نسبت به خلاء را ضریب شکست مطلق می گویند. هنگام اندازه گیری ضریب شکست مایعات و جامدات معمولاً با ضریب شکست نسبی نسبت به هوای اتاق آزمایشگاه تعیین می شوند.

ضریب شکست یک ماده با ماهیت آن تعیین می شود، اما به شرایط خارجی - دما و طول موج نور نیز بستگی دارد. برای مایعات آلی، با افزایش 1 دما، 4 · 10 -4 -5 · 10 -4 کاهش می یابد.

ضریب شکست، قطبش پذیری یک مولکول را مشخص می کند، که به عنوان توانایی آن در قطبش، یعنی تغییر حالت ابر الکترونی تحت تأثیر میدان الکتریکی خارجی درک می شود. با افزایش قطبش پذیری مولکول، n افزایش می یابد و این مقدار با توجه به معادله لورنتس-لورنتس به MR شکست مولکولی مربوط می شود:

,

که در آن n ضریب شکست ماده یا محلول است.

M وزن مولکولی ماده است.

d وزن مخصوص ماده (چگالی) است.

بر خلاف ضریب شکست، شکست مولکولی به دما بستگی ندارد.

در میدان الکترومغناطیسی نور مرئی، قطبش پذیری مولکول ها تقریباً به طور کامل به دلیل جابجایی الکترون ها است و برابر است با مجموع اثرات جابجایی تک تک الکترون ها. شرایط اخیر به MR ترکیبات شیمیایی ویژگی یک ثابت افزودنی می دهد. از نظر تئوری می توان آن را به عنوان مجموع انکسار اتم های منفرد که مولکول را تشکیل می دهند، با در نظر گرفتن مواد افزودنی (افزاینده) که حضور و تعداد پیوندهای متعدد را در نظر می گیرند، تعریف کرد:

نظریه MR. = Σ AR در. + Σ جوهر. ,

جایی که AR در. - شکست اتمی یک اتم؛

جوهر- افزایش یک اتصال

مقادیر AR برای اتم های منفرد و افزایش پیوندهای متعدد شناخته شده است و در بیشتر کتابچه های راهنمای مرتبط و کتاب های مرجع آورده شده است.
/5، ص. 17/ (جدول 1). با دانستن فرمول فرضی ساختاری یک ترکیب، می توان قضیه MR آن را محاسبه کرد. به عنوان مجموع AR در.

به عنوان مثال، برای ایزوپروپیل بنزن (کومن) نظریه MR. برابر است با:

نظریه MR. = AR C 9 + AR H 12 + جوهر dv. St. · 3

با جایگزینی مقادیر متناظر AR و جوهر (جدول 1)، به دست می آوریم:

نظریه MR. = 2.418 ∙ 9 + 1.100 ∙ 12 + 1.733 ∙ 3 = 40.161

جدول 1 - شکست اتمی تک تک اتم ها و افزایش ها

برای تعیین مقدار ضریب شکست، از دستگاه خاصی استفاده می شود - یک انکسار سنج. ابزار استاندارد آزمایشگاه های شیمی آلی، رفرکتومتر Abbe است. این به گونه ای طراحی شده است که هنگام استفاده از نور چند رنگی (خورشیدی یا مصنوعی) مقدار ضریب شکست سدیم D-line را می دهد. اندازه گیری فقط به چند قطره مایع نیاز دارد و دقت اندازه گیری 0.0001 واحد ضریب شکست است. برای دستیابی به چنین دقتی، باید دمای ثابتی در حین اندازه گیری با دقت 0.2 درجه سانتیگراد (که با استفاده از ترموستات به دست می آید) حفظ شود. توصیه می شود ضریب شکست را در 20 درجه سانتیگراد اندازه گیری کنید و برای جامدات با ذوب کم - کمی بالاتر از نقطه ذوب.

از آنجایی که هر ماده با مقدار ضریب شکست خاص خود مشخص می شود، می توان از انکسار سنجی همراه با روش های دیگر برای شناسایی (تشخیص) مواد استفاده کرد. شناسایی بر اساس همزمانی مقادیر اندازه گیری شده و مرجع ضریب شکست مواد خالص موجود در شرایط یکسان انجام می شود. با توجه به اینکه مواد مختلف ممکن است مقادیر ضریب شکست مشابهی داشته باشند، انکسار سنجی معمولاً با روش های دیگر شناسایی مواد (اندازه گیری های طیفی، تعیین نقطه ذوب یا جوش و غیره) تکمیل می شود. همچنین می توان از ضریب شکست برای قضاوت در مورد خلوص یک ماده استفاده کرد. اختلاف در مقادیر اندازه گیری شده و مرجع (برای یک ماده خالص) ضریب شکست مواد موجود در شرایط یکسان نشان دهنده وجود ناخالصی در آن است. در مواردی که در ادبیات اطلاعاتی در مورد ثابت های فیزیکی یک ماده (از جمله ضریب شکست) وجود ندارد، تنها زمانی می توان آن را خالص در نظر گرفت که ثابت های فیزیکی در طی فرآیندهای تصفیه مکرر تغییر نکنند. تجزیه و تحلیل ساختاری شکست سنجی بیشترین دقت را برای مواد مایع فراهم می کند. در این صورت داشتن داده هایی در مورد ترکیب و وزن مولکولی (فرمول ناخالص) یا زمینه های فرض فرمول ساختاری ماده ضروری است. نتیجه گیری در مورد ساختار یک ماده بر اساس مقایسه MR exp که با استفاده از فرمول Lorentz-Lorentz و نظریه MR یافت می شود، انجام می شود. همزمانی مقادیر MR exp و نظریه MR با دقت 0.3-0.4 احتمال فرمول ناخالص و ساختار پیشنهادی را تایید می کند. اختلاف آقای نظریه آقای Exp. بیش از 0.3-0.4 واحد نشان می دهد که تئوری MR ساخته شده در هنگام محاسبه نادرست بوده است. فرضیات در مورد ساختار و ترکیب ماده. در این مورد، لازم است سایر ساختارهای مولکولی احتمالی ماده را برای یک فرمول ناخالص در نظر بگیریم.

از آنجایی که ضریب شکست به غلظت محلول ها بستگی دارد، از انکسار سنجی نیز برای تعیین غلظت آنها، بررسی خلوص مواد و نظارت بر فرآیندهای جداسازی استفاده می شود، به عنوان مثال، تقطیر می تواند نظارت شود (برای اهداف تحلیلی). ضریب شکست یک مخلوط دوتایی به طور خطی به غلظت اجزاء (بر حسب درصد حجم) بستگی دارد، مگر اینکه در طول اختلاط تغییری در حجم ایجاد شود. در صورت بروز انحراف از رابطه خطی، ایجاد منحنی کالیبراسیون ضروری است.

شکست نور- تغییر جهت پرتوهای نور در محیطی با ضریب شکست متغیر. شکست نور یک مورد خاص از تغییر شدید جهت پرتوها در سطح مشترک بین دو محیط با ضریب شکست متفاوت است.

علت این پدیده ها از دیدگاه فیزیک کلاسیک برهمکنش میدان الکتریکی موج نور با بارهای اولیه است. میدان الکتریکی موجی که روی اتم اثر می‌کند، الکترون خارجی را از موقعیت تعادلی خارج می‌کند و اتم یک گشتاور دوقطبی القایی به دست می‌آورد.

پ=α E ,

که در آن α، قطبش پذیری اتم (یا مولکول) است. E شدت میدان الکتریکی موج فرودی است. گشتاور دوقطبی اتم با فرکانس نور فرودی نوسان می کند و اتم به منبع امواج منسجم ثانویه تبدیل می شود. نوسانات الکترون در فاز نسبت به نوسانات موج نور اولیه تاخیر دارند، بنابراین امواج ثانویه نیز با تاخیر منتشر می شوند. میدان امواج ثانویه به میدان موج نور اولیه اضافه می شود که باعث کاهش سرعت موج الکترومغناطیسی حاصل می شود.

تئوری الکترونیکی کلاسیک به ما امکان می دهد ضریب شکست یک ماده را با ویژگی های میکروسکوپی محیط - چگالی و قطبش پذیری الکترونیکی، بسته به ماهیت اتم ها یا مولکول ها و فرکانس نور، مرتبط کنیم.

معمولاً خود ضریب شکست نیست که از طریق ویژگی های میکروسکوپی بیان می شود، بلکه شکست مولکولی مرتبط است:

جایی که R –شکست مولکولی [cm 3/mol]،

M –وزن مولکولی [g/mol]،

ρ – چگالی [g/cm 3]،

N A = 6.023∙10 23 – عدد آووگادرو [mol -1]،

- شکست ویژه [cm 3 / g].

شکست مولکولیکمیت فیزیکی است که قطبش پذیری یک مولکول یا به طور دقیق تر، 1/3 مول یک ماده را مشخص می کند. اندازه گیری آن بر اساس اندازه گیری ضریب شکست و چگالی ماده است.

مدل های مختلف ساختار ماده منجر به عبارات کمی متفاوت برای تابع می شود f(n); اغلب از فرمول Lorentz-Lorentz استفاده می‌شود که بر اساس آن، این سیستم SI نیست که در اینجا استفاده می‌شود، بلکه سیستم قدیمی GHS است که براساس آن داده‌ها در اکثر کتاب‌های مرجع شیمی ارائه می‌شود. همانطور که از قسمت آخر فرمول (6) مشاهده می شود، شکست مولکولی به دما و چگالی و در نتیجه فشار و حالت تجمع بستگی ندارد و تنها معیاری برای قطبش پذیری α مولکول ها است:

یعنی مشخصه یک ترکیب شیمیایی است.

ارزش های آردر ناحیه مرئی طیف، قطبش پذیری پوسته های الکترونی مولکول های یک ماده را مشخص می کند. اگر قطبش پذیری اجزا در طول انحلال تغییر نکند، شکست محلول ها شامل R iاجزای شکست:

جایی که x i- تمرکز منجزء ام در کسرهای مول.

قانون افزایشی انکسارهای مولکولی محلول ها به ما امکان محاسبه را می دهد آرجامدات محلول علاوه بر این، افزایش انکسار مولکولی تقریباً برای ترکیبات خالص مشاهده می شود. برای ترکیبات یونی برابر است با مجموع شکست های یونی (جدول 1 را در ضمیمه ببینید).

مثال 1.کلرید پتاسیم

نظریه R محاسبه شده (KCl) = R(K +) + R(CI –) = 2.2 + 8.7 = 10.90;

جرم مولی M(KCl) = 74.56 گرم بر مول؛

چگالی ρ(KCl)=1.985 g/cm3;

ضریب شکست برای خط D زرد سدیم در 20 درجه سانتیگراد n D20 (KCl) = 1.490; سپس از آزمایش محاسبه شد

خطای Δ را دریافت می کنیم آر= 0.04 و خطای نسبی یا 0.4٪.

شکست مولکولی ترکیبات دارای پیوند ظرفیت را می توان به صورت مجموع انکسارهای اتمی ارائه کرد (جدول 2 را در ضمیمه ببینید).

مثال 2. n-پنتان CH 3 - (CH 2) 3 - CH 3

نظریه R (C 5 H 12) = 5R(C) + 12R(H) = 5∙2.418 + 12∙1.100 = 25.290;

M(C 5 H 12) = 72.15 گرم بر مول؛

ρ(C 5 H 12) = 0.62619 g/cm 3 .

n D 20 (C 5 H 12) = 1.35769;

خطای Δ را دریافت می کنیم آر= 0.008 و خطای نسبی یا 0.03٪.

انکسارهای اتمی که در چنین محاسباتی ظاهر می شوند تا حدی شامل تأثیرات متقابل اتم ها است و با انکسارهای اتمی مواد ساده مربوطه برابری نمی کند. تأثیر ساختار مولکول بر انکسار مولکولی با معرفی مقادیر مختلف انکسار اتمی برای یک عنصر در گروه‌های مختلف (به عنوان مثال، شکست‌های اتمی مختلف برای اکسیژن در اترها، الکل‌ها و ترکیبات کربوکسیل) در نظر گرفته می‌شود (جدول را ببینید). 2 در ضمیمه)) یا با استفاده از شکست های گروهی (به عنوان مثال، شکست های گروهی گروه های NO، N0 2، CN، و غیره)، و همچنین با استفاده از افزایش های ویژه (یعنی افزایش) برای پیوندهای متعدد (پیوند دوگانه C=C). ، پیوند سه گانه C≡C) .

به جای انکسارهای اتمی و گروهی، اغلب از انکسار پیوند استفاده می شود، و شکست مولکولی با توجه به تعداد و انواع پیوندها به اصطلاحات تجزیه می شود، که قطبش پذیری الکترون هایی که در تشکیل پیوندها دخیل نیستند به طور معمول به آن نسبت داده می شود (جدول 3 را ببینید). ضمیمه).

مثال 3. 1-بروموپروپان CH 3 – CH 2 – CH 2 –Br

نظریه R (C 3 H 7 Br) = 7R(C–H) + 2R(C–C) + R(C–Br) = 7∙1.70 + 2∙1.21 + 9.47 = 23.79;

ρ(C3H7Br) = 1.353 g/cm3;

n D 20 (C 3 H 7 Br) = 1.4344;

خطای Δ را دریافت می کنیم آر= 0.10 و خطای نسبی یا 0.4٪.

مثال 4. 2-بروموپروپان CH 3 – CHBr – CH 3

نظریه R (C3H7Br) = 23.79 (از آنجایی که تعداد و کیفیت پیوندها مانند 1-bromopropane است).

M(C3H7Br) = 123.00 گرم بر مول؛

ρ(C3H7Br)=1.310 g/cm3;

n D 20 (C 3 H 7 Br) = 1.4256;

خطای Δ را دریافت می کنیم آر= 0.3 و خطای نسبی یا 1.0٪.

نمی توان گفت که در برخی از طرح ها (توسط اتم ها یا پیوندها) افزودنی بهتر انجام می شود. هر دوی آنها تقریباً در محدوده کاربرد طرح افزودنی برای شکست مولکولی معادل هستند.

مثال 5.بروموفرم CHBr 3

برای اتمها نظریه R (CHBr 3) = R(C) + R(H) + 3R(Br) = 2.418 + 1.100 + 3 ∙ 8.865 = 30.113 (جدول 2 را در ضمیمه ببینید).

برای پیوندها نظریه R (CHBr 3) = R(C–H) + 3R(C–Br) = 1.70 + 3 ∙ 9.47 = 30.11 (جدول 3 را در ضمیمه ببینید).

Δ آر≈ 0.3 و یا 1.0٪.

گاهی اوقات جمع شکست مولکولی روی پیوندها نتایج کمی بهتر از جمع کردن روی اتم ها می دهد.

مثال 6.اتیل الکل CH 3 – CH 2 – OH

نظریه R (C2H5OH) = 2R(C) + 6R(H) + R(O در گروه الکل) = 12.961 (جدول 2 را در ضمیمه ببینید).

نظریه R (C2H5OH) = 5R(C-H) + R(C-C) + R(C-O) + R(O-H) = 13.05 (جدول 3 را در ضمیمه ببینید).

بر این اساس، و و 2∙10 -3 (0.2%).

مقایسه مقدار آزمایشی شکست مولکولی با مقدار محاسبه شده با استفاده از طرح های افزایشی یکی از ساده ترین روش های فیزیکی برای تعیین ساختار ترکیبات شیمیایی است. این روش می‌تواند فرمول ناخالص یک ماده و وجود گروه‌های عاملی خاص را تأیید کند (به عنوان مثال، می‌توان اطلاعاتی در مورد تعداد حلقه‌های مولکول، تعداد، ماهیت و محل پیوندهای متعدد و غیره به دست آورد). در برخی موارد، نتیجه گیری در مورد پیکربندی سیس یا ترانس مولکول نیز امکان پذیر است.

یک ماده ال (نگاه کنید به قطبی پذیریاتم ها، یون ها و مولکول ها) با آن شکست در محدوده کاربرد عبارات برای M. r. او، توصیف به عنوان پ،توانایی یک ماده برای شکست متفاوت است nبه این دلیل که عملاً به چگالی، دما و مواد سنگدانه بستگی ندارد.

پایه ای f-la M. r. به نظر می رسد

جایی که M-وزن مولکولی ماده، r - آن، N A - ثابت آووگادرو. F-la (*) معادل آن است لورنتز - فرمول لورنتس(با همان محدودیت در کاربرد)، اما به صورت جمع. موارد برای اهداف عملی راحت تر است. برنامه های کاربردی. اغلب م.ر. را می توان به عنوان مجموع "شکست" اتم ها یا گروه هایی از اتم ها که یک مولکول یک ماده پیچیده را می سازند یا پیوندهای آنها در چنین مولکولی نشان داد. به عنوان مثال، م.ر. هیدروکربن اشباع CkH 2 ک+2 برابر است kR C++ (2 k + 2)آر N ( k= 1, 2،...). این خاصیت مهم M. r. - افزودنی - به شما امکان می دهد با موفقیت از رفرکتومتری استفاده کنید. روش‌هایی برای مطالعه ساختار ترکیبات، تعیین گشتاورهای دوقطبی مولکول‌ها، مطالعه پیوندهای هیدروژنی، تعیین ترکیب مخلوط‌ها و سایر روش‌های فیزیکی-شیمیایی. وظایف

روشن: Volkenshtein M.V., Molecules and their structure, M.-L., 1955; Ioffe B.V.، روشهای انکسار سنجی شیمی، ویرایش سوم، لنینگراد، 1983; روشن شده را نیز ببینید. در هنر لورنتز - فرمول لورنتس.

دایره المعارف فیزیکی. در 5 جلد. - م.: دایره المعارف شوروی. سردبیر A. M. Prokhorov. 1988 .

ببینید "شکست مولکولی" در فرهنگ های دیگر چیست:

انکسار مولکولی معیاری برای قطبش الکترونیکی یک ماده است؛ این ابعاد حجمی دارد که به ترتیب بزرگی با حجم همه مولکول‌های یک مولکول گرم منطبق است. از این نتیجه می شود که ترتیب قدر R باید با تصحیح برای... ... ویکی پدیا منطبق باشد

شکست مولکولی

شکست مولکولی- Molekulinė refrakcija statusas T sritis chemija apibrėžtis Dydis، apibūdinantis molekulės elektroninį poliarizuojamumą. atitikmenys: انگلیسی. شکست مولی؛ انکسار مولکولی rus. شکست مولکولی؛ شکست مولی ryšiai: sinonimas –…… Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

شکست مولکولی- molekulinė refrakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. شکست مولکولی؛ انکسار مولکولی vok. انکسار مولکولی، f rus. شکست مولکولی، f pranc. مولکول انکسار، f … Fizikos terminų žodynas

رجوع به شکست مولکولی شود...

- (R)، قطبش پذیری الکترونیکی ael را در va (نگاه کنید به قطبش پذیری اتم ها، یون ها و مولکول ها) را با ضریب شکست آن n متصل می کند. در محدوده کاربرد عبارات برای R. m.، مانند n، توانایی در وا برای شکست نور، متفاوت است…… دایره المعارف فیزیکی

- (R قطبش پذیری الکترونیکی αel یک ماده را (به قطبش پذیری اتم ها، یون ها و مولکول ها مراجعه کنید) با ضریب شکست آن (نگاه کنید به ضریب شکست) n. در محدوده کاربرد عبارات برای R. m.، آن را مشخص می کند، مانند ن، ...... دایره المعارف بزرگ شوروی

و و [از لات. انکسار] 1. در اپتیک: طیفی از پدیده های مرتبط با شکست نور. آر. نور. رودخانه اتمی، مولکولی، خاص. 2. در آکوستیک: انحنای انتشار امواج صوتی در یک محیط ناهمگن. ◁ انکساری، اوه، اوه. رای…… فرهنگ لغت دایره المعارفی

شکست- و و (از لاتین refractio) نیز ببینید. انکسار 1) در اپتیک: طیفی از پدیده های مرتبط با شکست نور. انکسار / اکشن نور. انکسار اتمی، مولکولی، خاص. 2) در آکوستیک: انحنای انتشار امواج صوتی در محیطی ناهمگن... فرهنگ لغت بسیاری از عبارات

شکست مولی- شکست مولر؛ صنعت شکست مولکولی حاصلضرب مقدار (ν 1)/(ν+1) (که ν ضریب شکست پرتوهای قسمت مرئی طیف است) با حجم مولی ماده ... فرهنگ لغت توضیحی اصطلاحات پلی تکنیک

کتاب ها

• مبانی اپتیک مولکولی، N. B. Rozhdestvenskaya. این تک نگاری به مسائل اپتیک مولکولی اختصاص دارد. کتاب حاوی تجربه بیش از نیم قرن کار نویسنده در زمینه پراکندگی نور مولکولی در مایعات خالص، محلول ها و ... است.