Elektronik polarizasyon da denir azı dişleri (veya molar) refraksiyon ve harfle gösterilir R.

Yani yeterince yüksek frekanslarda polar olmayan maddeler molar kırılma aşağıdaki formülle belirlenebilir:

Bir ortamdan diğerine geçerken ışığın hızındaki değişiklik, ışığın moleküllerin elektronlarıyla etkileşimi ile ilişkilidir. Bu nedenle kırılma indisi N elektronik polarizasyonla ilişkili R.

Işığın elektromanyetik teorisine dayanarak Maxwell, şeffaf polar olmayan maddeler için bir ilişki olduğunu kanıtladı:

burada n ¥ sonsuz dalga boyundaki bir maddenin kırılma indisidir, l ® ¥.

Maxwell ilişkisini formül (4.21)'de yerine koyalım. Aşağıdaki denklemi elde ederiz

R= (4.23)

R = P el = olduğundan,

O (4.24)

İlişkiye (4.24) Lorentz-Lorentz formülü denir. Bir maddenin kırılma indisini ilişkilendirir N elektronik polarize edilebilirlik ile A onu oluşturan parçacıklar. Formül (4.24) 1880 yılında Hollandalı fizikçi H.A. tarafından elde edildi. Lorentz ve ondan bağımsız olarak Danimarkalı fizikçi L. Lorentz. Formül (4.23)'ün saf maddeler için kullanılması uygundur.

Kırılma indisi N Cauchy formülüne göre dalga boyuna bağlıdır:

n l = n ¥ + a/l 2 ,

burada a bir ampirik sabittir.

Sonuç olarak kırılma aynı zamanda dalga boyunun da bir fonksiyonudur; R = f(l).

Genellikle kırılmayı belirlemek için spektrumun görünür bölgesine karşılık gelen kırılma indisini kullanmak yeterlidir. Standart olarak sodyum spektrumundaki sarı çizgi seçildi (kırılma indeksinin daha doğru belirlenmesi için ışık kaynağı olarak bir sodyum lambası kullanılır). Sarı çizgiye karşılık gelen dalga boyu Na, l D = 5893 A 0 = 589,3 nm. Buna göre kırılma indisi ve D.

Polar olmayan maddeler için n, frekansa (veya dalga boyuna) zayıf bir şekilde bağlıdır.

Örneğin benzen için A

Polar maddeler için Maxwell ilişkisi geçerli değildir. Evet, su için A .

Molekül yaklaşık olarak yarıçaplı bir küre olarak kabul edilirse R, ardından a » r 3,

ve R = , (4.25)

onlar. molar kırılma R, tüm moleküllerin hacmine eşittir, bir mol maddede bulunur ve 1 mol maddede bulunan tüm elektronların polarize edilebilirliğini karakterize eder. Bu kırılmanın fiziksel anlamı.

Boyut [R] = m3 (SI sisteminde), [R] = cm3 (GHS sisteminde).

Molar kırılma R Maddenin yapısıyla ilgili sorunların çözümünde yaygın olarak kullanıldığı için bir takım özelliklere sahiptir.

Kırılma özelliklerini ele alalım.

1. Kırılma pratik olarak toplanma durumuna, sıcaklığa ve basınca bağlı değildir. Bu nedenle bazı olarak kabul edilebilir devamlı Belirli bir maddenin özelliği.

2. Molar kırılma miktardır katkı . Bu özellik, bir molekülün kırılmasının iyonların, atomların, atom gruplarının ve bireysel bağların kırılmasından oluşmasıyla ortaya çıkar.

Böylece bir maddenin molar kırılması aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

R= , (4.26)

burada R, (at) – atomik kırılma;

R i (inc) – artışların kırılması, yani. ikili, üçlü bağlar, döngüler vb. için ek terimler;

n i – atom sayısı, bağ, döngü.

İkinci yöntem fiziksel olarak daha haklı çünkü polarize edilebilir elektron bulutu tek tek atomlara değil bağa aittir. Ancak her iki yöntem de genellikle hemen hemen aynı sonuçlara yol açar.

Tek tek atomların ve bağların kırılma değerleri, bu atomları ve bağları içeren farklı moleküller için kırılma indislerinden belirlenen molar kırılmaların deneysel değerleri karşılaştırılarak elde edildi.

3. Kırılma bir miktardır kurucu yani R'nin değeri moleküllerin yapısını yargılamak için kullanılabilir.

Kırılma uygulaması. Kırılma değerlerini kullanarak birçok sorunu çözebilirsiniz:

1. Elektronik polarize edilebilirliğin hesaplanması bir el ve parçacığın (atom, molekül) etkin yarıçapı. Lorentz-Lorentz formülünü (4.24) ve a el » r 3 ilişkisini kullanarak şunu yazabiliriz:

,

(4.27)

Ancak bunun için değer R(4.28) formülü kullanılarak hesaplanan , yalnızca birinci yaklaşım için doğrudur.

2. Refraksiyon kullanılabilir polar moleküllerin dipol momentinin yaklaşık bir tahmini için .

+ P'de P = P el + P olduğu bilinmektedir veya

Çünkü P en<< П эл, то П » П эл + П ор или П = R + П ор,

dolayısıyla P veya = P – R

Öte yandan P veya =

Son iki ifadeden şunu elde ederiz:

(4.29)

Bu belirleme yöntemi M yalnızca zayıf polar maddeler için anlamlıdır çünkü Polar moleküller birbirleriyle etkileşime girer. Polarizasyonu belirlemek için polar maddelerin polar olmayan çözücülerdeki seyreltik çözeltileri yöntemini kullanmak çok daha etkilidir.

3. R 1.2 = x 1 R 1 + x 2 R 2 denklemi kullanılabilir Karışımın bileşimini belirlemek için Ve kırılma bileşenleri . Kırılma değerine bağlı olarak çözeltilerin konsantrasyonu çok yüksek bir doğrulukla belirlenebilir.

x2 = , (4.30)

burada R1 solventin kırılmasıdır;

R2 - çözünmüş maddenin kırılması;

R 1.2 - karışımın kırılması.

4. Kırılmanın yapısallığı basit olarak kullanılır Moleküllerin beklenen yapısının doğruluğunu kontrol etmenin bir yolu .

Bir maddenin yapısal formülünü belirlerken aşağıdakileri yapın:

A) belirlemek R, N bir sıcaklıkta;

B) Lorentz-Lorentz formülüne göre hesaplıyorlar R– deneysel değer;

V) Maddenin ampirik formülüne karşılık gelen birkaç yapısal formül yazdıktan sonra, bunun için tablo verilerini kullanarak her yapı için kırılma değerini hesaplayın. Fare Ve R St;

G) kırılmanın deneysel değerini karşılaştırın İşlem ve hesaplandı R hesaplama. Doğru yapısal formül şuna sahip olandır: İşlem en yakın R hesaplama .

KİMYADA REFRAKTOMETRİK ANALİZ YÖNTEMİ

giriiş

1.1 Işığın yayılması

1.3 Işık dağılımı

1.4 Toplam iç yansıma

2. Dipol momentler ve kırılma

2.1 Polarize edilebilirlik ve dipol momenti

2.1.1 Molar polarize edilebilirlik

2.2 Molar kırılma

3. Kırılma ve moleküler yapı

3.1 Kırılmanın toplanabilirliği

3.2 Optik yüceltme

3.3 Moleküler kırılmanın dağılımı

3.4 Kırılma ve moleküler boyutlar

4. Çözümlerin refraktometrisi

4.1 İki bileşenli çözümlerin analizi

4.2 Üç bileşenli çözümlerin analizi

5. Polimerlerin refraktometrisi

Çözüm

Kaynakça

giriiş

Refraktometrik yöntemin kimyada uzun bir kullanım geçmişi vardır.

Refraktometri (Latince refraktus - kırılmış ve Yunanca metréō - ölçmek, ölçmek), bir fazdan diğerine geçiş sırasında ışığın kırılma indeksini (n) ölçmeye yönelik yöntemlerle ilgilenen uygulamalı optik dalıdır. , kırılma indisi n, çevredeki ortamdaki ışığın hızının oranıdır.

Kimya ile ilgili olarak kırılmanın daha geniş bir anlamsal anlamı vardır. Kırılma R (Latince kırılma - kırılmadan) atomların, moleküllerin, iyonların elektronik polarize edilebilirliğinin bir ölçüsüdür.

Moleküllerdeki elektron bulutlarının polarizasyonu, maddelerin kızılötesi (IR) ve ultraviyole (UV) emiliminde açıkça ortaya çıkar, ancak moleküler kırılma ile niceliksel olarak karakterize edilen olgudan daha da büyük ölçüde sorumludur.

Elektromanyetik radyasyon olarak ışık bir maddeden geçtiğinde, doğrudan soğurma olmasa bile, moleküllerin veya iyonların elektron bulutlarıyla etkileşime girerek onların polarizasyonuna neden olabilir. Işık ışınının elektromanyetik alanları ile atomun elektron alanının etkileşimi, molekülün polarizasyonunda ve ışık akış hızında bir değişikliğe yol açar. Ortamın polarize edilebilirliği arttıkça, değeri moleküler kırılma ile ilgili olan bir gösterge olan n de artar. Bu fenomen, inorganik, organik ve organoelement bileşiklerinin yapısını ve özelliklerini incelemek için dipol momentleri yöntemiyle birlikte kullanılır.

Refraktometri aynı zamanda koordinasyon bileşiklerinin (moleküler ve şelat tipi kompleksler) yapısını belirlemek, hidrojen bağlarını incelemek, kimyasal bileşikleri tanımlamak, niceliksel ve yapısal analiz ve maddelerin fizikokimyasal parametrelerini belirlemek için de yaygın olarak kullanılır.

Endüstriyel uygulamada, kırılma indisi n, maddelerin saflık derecesini ve kalitesini kontrol etmek için kullanılır; analitik amaçlar için - kimyasal bileşiklerin tanımlanması ve bunların niceliksel belirlenmesi için. Bu nedenle refraktometri, kırılma indeksinin (kırılma indeksi) ve bazı fonksiyonlarının belirlenmesine dayanan maddeleri incelemek için bir yöntemdir. Kimyada kullanılan n fonksiyonlarından en önemlileri şunlardır: Lorentz-Lenz fonksiyonu, n'nin çözünmüş maddelerin konsantrasyonuna göre türevi (artış n) ve iki dalga boyu için kırılma indislerindeki farklılıkları içeren dağılım formülleri. Artışlar n, sıvı kromatografide ve ışık saçılımı yoluyla polimerlerin moleküler ağırlığının belirlenmesinde kullanılır. Geniş konsantrasyon aralıklarındaki çözeltilerin refraktometrik analizi için tablolar veya ampirik formüller kullanılır; bunlardan en önemlileri (sakkaroz, etil alkol vb. çözeltileri için) uluslararası anlaşmalar tarafından onaylanmıştır ve özel ölçeklerin oluşturulması için temel oluşturur. Endüstriyel ve tarımsal ürünlerin analizi için refraktometreler. N'nin ve yoğunluğun veya viskozitenin eşzamanlı olarak belirlenmesine veya başlangıç ​​ve son çözeltilerin n'sinin ölçülmesiyle kimyasal dönüşümlerin uygulanmasına dayanan üç bileşenli çözeltilerin analizi için yöntemler geliştirilmiştir; bu yöntemler petrol ürünleri, ilaç vb. ürünlerin kontrolünde kullanılmaktadır. Organik bileşiklerin, minerallerin ve tıbbi maddelerin tanımlanması referans yayınlarda verilen tablolara göre yapılmaktadır. Refraktometrik yöntemin avantajları basitliği ve ışığın kırılma indisini belirlemek için kullanılan aletlerin nispeten düşük maliyetidir.

1. Fiziksel optiğin bazı kavramları

1.1 Işığın yayılması

kırılma polarize edilebilirliği kırılma kimyasalı

İlk hipotez - emisyon veya parçacık, ışığın ısıtılmış bir ışıklı cisim tarafından yayılan küçük parçacıklardan - parçacıklardan oluşan bir akım olduğunu belirtti. Göze ulaşan bu parçacıklar görsel duyuları yansıtır. Bir engele çarpıldığında, gövde malzemesinin özelliklerine bağlı olarak parçacıklar yüzeyinden yansıtılır veya içeriye nüfuz eder.

Bu hipotez, ışığın yansıması yasalarını kolayca açıklarken, ışığın kırılmasının bazı özelliklerini açıklayamıyordu ve ışığın girişimini hiçbir şekilde açıklayamıyordu.

İkinci hipotez olan dalga hipotezi, ışıklı bir cisim tarafından yayılan parçacıkların son derece hızlı titreşimler halinde olduğunu, her yöne yayılan dalgalar ürettiğini ve göze ulaşarak görsel duyumlara neden olduğunu savundu. Dalga teorisi, ışığın girişimini ve parçacık hipotezinin erişemediği diğer olayları açıklamada iyi bir iş çıkardı, ancak dalgaların boşlukta nasıl yayıldığını açıklayamadı. Daha sonra ışık dalgalarının elektromanyetik nitelikte olduğunun anlaşılmasıyla bu belirsizlik ortadan kalktı. Dolayısıyla bu hipoteze göre ışık hızla değişen bir elektromanyetik alandır.

Daha sonra, deneysel verilerin birikmesi ve bunların teorik yorumlanmasıyla, ışık fenomeninin özel, ikili doğasını oluşturmak ve görünüşte birbirini dışlayan her iki hipotezi, iç çelişkilerden uzak, tutarlı tek bir teoride birleştirmek mümkün oldu. Bu teoriye göre ışık, hem elektromanyetik nitelikte bir dalga hareketi hem de bir ışık kaynağı tarafından ayrı ayrı ışık bölümleri - kuantum veya fotonlar şeklinde yayılan parçacıkların akışı olarak eşit derecede düşünülebilir.

Aynı zamanda ışık olgusu, geometrik yapıların ve teoremlerin uygulanması olan geometrik veya ışın optiğinin konumundan da düşünülebilir.

Geometrinin ışık doktrini ile yakınlaşmasının ve ışın optiğinin gelişiminin temeli, ışığın yayılmasının düzlüğü fikriydi. Işın optiği, basitliği ve netliği nedeniyle tüm optik ve aydınlatma hesaplamalarında hala öncü bir rol oynamaktadır ve genellikle hesaplanan ve deneysel veriler arasında tam bir uyum göstermektedir.

Işın optiği üç ana uygulamaya dayanmaktadır:

Homojen bir ortamda ışığın yayılmasının düzlüğü;

Böyle bir sınırın ideal olarak pürüzsüz bir yüzey olması koşuluyla, iki ortam arasındaki arayüzde ışığın davranışı;

Işık yayılımının bağımsızlığı.

Bu hükümler deneysel olarak, yani ışığın karmaşık doğasıyla ilişkili özellikler dikkate alınmaksızın geometrik ilişkilerin deneysel olarak karşılaştırılması yoluyla oluşturulmuştur.

Yalnızca görsel geometrik öğelerle çalışabilmek için ışın optiğine iki geleneksel kavram tanıtılmıştır: ışın ve ışıklı nokta.

Işın, ışığın hareket ettiği yönü ifade eder. Bir vakumda ve homojen (gaz, sıvı veya katı) şeffaf bir ortamda (örneğin, sabit basınçta havada, su veya camda), ışığın doğrusal olarak yayıldığı ve ışının düz bir çizgi olduğu deneysel olarak tespit edilmiştir. bunun başlangıcı ışık kaynağıdır.

Aydınlık nokta, küçük boyutları ihmal edilebilecek bir ışık kaynağıdır. Fiziksel olarak herhangi bir ışık kaynağının belirli boyutları vardır, ancak bu boyutları ışığın hareketinin uzandığı mesafelerle karşılaştırırsanız, ışık kaynağı koşullu olarak (önemli bir hata olmadan) bir nokta olarak alınır.

Aydınlık bir ışık noktasından sonsuz sayıda ışın, bir ışın şeklinde her yöne ayrılarak çevredeki tüm alanı doldurur. Böyle bir demet sınırsız olarak adlandırılır. Bununla birlikte, böyle bir ışının yoluna bir diyafram - delikli opak bir ekran - yerleştirilirse, o zaman ışık diyaframın arkasında sınırlı bir ışın olarak yayılacaktır.

Diyafram açıklığının azaltılmasıyla daha ince ve daha ince ışınlar izole edilebilir. Görünüşe göre bu, "ayrı bir ışın" olarak kabul edilebilecek kadar ince bir ışına yol açmalıdır. Ancak deneyimler bu varsayımı doğrulamıyor. Deliğin çapı küçüldükçe ışınlar düzlüklerini kaybederek kenarları etrafında bükülmeye başlar ve delik küçüldükçe ışınlar büyür.

Işık (ses vb.) dalgalarının yol boyunca karşılaşılan engellerin etrafında bükülmesi olgusuna ışığın kırınımı adı verilir ve dalga doğasından kaynaklanır. Bu nedenle tek bir ışının izole edilmesi mümkün değildir ve gerçekte yalnızca ışın demetleri mevcuttur.

1.2 Işığın kırılma indeksi (kırılma indisi)

Şeffaf homojen bir ortamda (örneğin havada) yayılan bir ışık ışınının yolu üzerinde başka bir şeffaf homojen ortamla (örneğin cam) karşılaşırsa, o zaman ortamlar arasındaki arayüzde ışık demeti ikiye ayrılır. Bir ışının yeni ortama girerek yönünü değiştirdiği (kırıldığı) ve diğerinin arayüzden yansıyarak yönünü değiştirdiği ışınlar, birinci ortamda yayılmaya devam eder. Bir ışın homojen ortamda yayıldığında, tek yönlülüğünü değiştirir, hem arayüzden önce hem de sonra yayılmanın düzlüğünü korur (Şekil 1).

Dolayısıyla kırılma ve yansıma, homojen ortamlarda ışığın yayılmasının doğrusallığıyla çelişmez.

Pirinç. 1. Arayüzdeki ışın davranışı

Şekil 2'deki MM hattı Şekil 1, hava ve cam arasındaki arayüzü (sınır) göstermektedir. Gelen monokromatik ışık ışını (geleneksel olarak tek dalga boyundaki ışık), ortamlar arasındaki arayüze normal O\O' ile ABO = α açısı yapar. Bu açıya ışının gelme açısı denir. Başka bir ortamda ışın O' BC = β normali ile kırılma açısı yapar.

ERİME SICAKLIĞININ TAYİNİ

İşin amacı: naftalinin erime noktasını belirleyin ve sıcaklık aralığına göre saflık derecesini değerlendirin.

2.1.1. Malzemeler, reaktifler, ekipman:

Bir ucu kapalı cam kılcal (çap 1 mm, uzunluk 40-50 mm), cam tüp (çap 10 mm, uzunluk 40-50 mm), erime noktasını belirlemek için bir cihaz, naftalin, elektrikli ocak.

Genel Hükümler.

Erime noktası tespiti

Maddenin erime noktası katı fazının kendi eriyiği ile dengede olduğu sıcaklıktır.

Erime noktası bir bileşiğin en önemli özelliğidir. Bir bileşiği erime sıcaklığının değeriyle tanımlamak mümkündür, çünkü bu sabit her zaman bileşiklerin özelliklerine ilişkin referans kitaplarında verilir, örneğin /2, 4/.

Maddeleri tanımlamak için sözde de sıklıkla kullanılır. "karışık erime örneği". Bunu yapmak için, tanımlanan maddeyi ve bilinen maddeyi eşit miktarlarda dikkatlice karıştırın. Karışımın erime noktası değişmeden kalırsa, her iki maddenin kimliği hakkında bir sonuca varılır. Numunenin erime noktası başlangıç ​​maddelerinin erime noktasından düşükse, sonuç olarak bu maddeler farklıdır. Bu yöntem, saf maddelerin açıkça tanımlanmış (“keskin”) bir erime noktasına (0,01 C doğrulukla) sahip olduğu kanıtlanmış gerçeğine dayanmaktadır. Safsızlıkların varlığı erime noktasını düşürme eğilimindedir. Ayrıca herhangi bir yabancı madde içeren maddeler de erir. sıcaklık aralığı, yani açıkça tanımlanmış bir erime noktasına sahip değillerdir. Dolayısıyla erime noktasının belirlenmesi, bir maddenin saflığı hakkında niteliksel bilgi sağlayabilir.

Erime noktasının belirlenmesi aynı zamanda maddenin olası moleküler yapısı hakkında dolaylı sonuçlara varılmasına da olanak sağlar. Örneğin simetrik moleküllere sahip izomerlerin, daha az simetrik yapıya sahip maddelere göre daha yüksek sıcaklıkta eridiği tespit edilmiştir. Moleküllerin birleşme derecesi arttıkça (örneğin moleküller arası hidrojen bağlarından dolayı) erime noktası da artar.

Yaklaşık olarak tahmin etmek Bir maddenin erime noktası sıradan bir laboratuvar termometresi kullanılarak belirlenebilir. Test edilen bileşiğin birkaç kristali dikkatlice doğrudan termometrenin cıva haznesi üzerine yerleştirilir. Daha sonra, kristalli termometre, kapalı bir spiral ile önceden ısıtılmış bir ocak gözünün yüzeyine dikkatlice yerleştirilir. Termometrenin ısıtılan yüzeyin üzerindeki yüksekliğini ayarlayarak sıcaklık artış hızı kabaca ayarlanır. Kristallerin durumunu ve sıcaklık değerini dönüşümlü olarak dikkatlice gözlemleyin, not edin Başlangıç maddenin erimesi (sıvı fazın ilk damlacıklarının ortaya çıkması). Bu işlem birkaç kez tekrarlanarak erime işleminin başlangıcının en doğru şekilde belirlenmesi sağlanır. Elbette bu yöntem, erime sıcaklığı hakkında yalnızca yaklaşık bir fikir verir, ancak bu sabiti doğru bir şekilde belirlemek için daha sonraki deneyleri önemli ölçüde basitleştirmeyi mümkün kılar.

Genel süreç metodolojisi

Erime noktasını doğru bir şekilde belirlemek için, değişen karmaşıklık derecelerine ve kullanım kolaylığına sahip, yapısal olarak farklı birkaç cihaz vardır, ancak bunların çalışma prensibi aynıdır. Test edilecek bileşik, bir ucu kapatılmış bir cam kılcal boruya (çap 1 mm, uzunluk 40-50 mm) yerleştirilir. İlk olarak madde bir havanda öğütülerek ince bir toz haline getirilir. Kılcal boruyu doldurmak için açık ucu toza batırılır ve maddenin bir kısmı kılcal borunun üst kısmına girer. Daha sonra (maddeyi kılcal borunun alt kısmına taşımak ve tabakayı sıkıştırmak için), kılcal boru, kapalı ucu aşağı gelecek şekilde uzun, dar, dikey olarak yerleştirilmiş bir cam tüpe (çap 10 mm, uzunluk 40 - 50 cm) atılır. Bu tekniğin birkaç kez tekrarlanmasıyla, 3-5 mm yüksekliğinde bir kılcal damar içinde yoğun bir madde tabakası elde edilir.

Erime noktasının doğrudan belirlenmesi, yüksek kaynama noktalı soğutucu içeren yuvarlak tabanlı bir şişe (1), bir test tüpü (2) ve bir termometreden (3) oluşan özel bir cam cihazda (Şekil 5) gerçekleştirilir. Test maddesinin bulunduğu kılcal boru (4), madde sütunu cıva topunun orta seviyesinde olacak şekilde bir kauçuk boru halkası (5) ile termometreye bağlanır. Cihaz önce hızlı bir şekilde hava banyosunda (manto, elektrikli soba) ısıtılır ve en son 15-20 beklenen erime sıcaklığının altına düşerek sıcaklık 2 derece dk-1’i geçmeyecek bir hızla arttırılır. Erime noktası, bir maddenin tamamen erimesi anındaki sıcaklıktır.

Tipik olarak bir madde belirli bir sıcaklık aralığında erir ve madde ne kadar safsa aralık o kadar küçük olur. Erimenin başlangıcı, kılcal damarda ilk damlanın göründüğü an, sonu ise maddenin son kristallerinin ortadan kaybolduğu an olarak kabul edilir.

Sonuçların işlenmesi

Yapılan çalışma sırasında naftalinin erime noktası belirlendi, sıcaklık aralığının izin verilen değerleri aştığı tespit edildi, dolayısıyla teknik naftalinin yeterince saf olmadığını söyleyebiliriz. Farklı maddelerin karışımlarının kural olarak tek tek maddelerin kendisinden daha düşük bir sıcaklıkta eridiği de eklenebilir. Benzer erime noktasına sahip maddelerin aynı mı yoksa farklı mı olduğunu tespit etmek için, bu maddelerin karışımının (karışık numune) erime noktasını belirleyin; numunenin erime noktası, hazırlamak için alınan maddelerin erime noktasından düşükse, o zaman dolayısıyla farklı maddelerle uğraşıyoruz. Aksine, karışık bir numunenin erime noktasında bir düşmenin olmaması, alınan maddelerin kimliğinin kanıtı olarak kabul edilir.

Laboratuvar 2.2

MOLEKÜLER KIRILMA TAYİNİ

ORGANİK BİLEŞİKLER

İşin amacı: kırılma indeksini belirleyin ve bilinmeyen bir organik bileşiği tanımlayın.

2.2.1. Malzemeler, reaktifler, ekipman:

Abbe refraktometresi, bilinmeyen bir bileşik içeren konik şişe, pipet, pamuk yünü (eterle nemlendirilmiş).

Genel Hükümler

Boşluğa göre kırılma indisine mutlak kırılma indisi denir. Kırılma indekslerini ölçerken sıvılar ve katılar genellikle laboratuvar odasındaki havaya göre göreceli kırılma indisleri ile belirlenir.

Bir maddenin kırılma indisi, doğası gereği belirlenir, ancak aynı zamanda dış koşullara da (sıcaklık ve ışığın dalga boyu) bağlıdır. Organik sıvılarda sıcaklık 1 birim arttığında 4·10 –4 -5 · 10 –4 düşer.

Kırılma indeksi, bir molekülün polarize edilebilirliğini karakterize eder; bu, polarizasyon yeteneği, yani harici bir elektrik alanının etkisi altında elektron bulutunun durumunu değiştirme yeteneği olarak anlaşılır. Molekülün polarize edilebilirliği arttıkça n artar ve bu değer Lorentz-Lorentz denklemine göre moleküler kırılma MR ile ilişkilidir:

,

burada n, maddenin veya çözeltinin kırılma indisidir;

M, maddenin moleküler ağırlığıdır;

d, maddenin özgül ağırlığıdır (yoğunluk).

Kırılma indeksinden farklı olarak moleküler kırılma sıcaklığa bağlı değildir.

Görünür ışığın elektromanyetik alanında, moleküllerin polarize edilebilirliği neredeyse tamamen elektronların yer değiştirmesinden kaynaklanmaktadır ve bireysel elektronların yer değiştirme etkilerinin toplamına eşittir. İkinci durum, kimyasal bileşiklerin MR'sine bir katkı sabiti karakteri verir. Teorik olarak, çoklu bağların varlığını ve sayısını hesaba katan katkı maddeleri (artımlılar) dikkate alınarak, molekülü oluşturan bireysel atomların kırılmalarının toplamı olarak tanımlanabilir:

MR teorisi. = Σ AR'de. + Σ mürekkep. ,

AR nerede? – bir atomun atomik kırılması;

mürekkep– bir bağlantının arttırılması.

Bireysel atomlar için AR değerleri ve çoklu bağların artışları bilinir ve çoğu ilgili kılavuzda ve referans kitaplarında verilmiştir.
/5, s. 17/ (Tablo 1). Bir bileşiğin varsayımsal yapısal formülünü bilerek, onun MR teoremini hesaplayabiliriz. AR'nin toplamı olarak.

Örneğin izopropilbenzen (kümen) MR teorisi için. eşittir:

MR teorisi. = AR C 9 + AR H 12 + mürekkep dv. St. · 3

Karşılık gelen AR ve mürekkep değerlerini değiştirerek (Tablo 1), şunu elde ederiz:

MR teorisi. = 2,418 ∙ 9 + 1,100 ∙ 12 + 1,733 ∙ 3 = 40,161

Tablo 1 – Bireysel atomların ve artışların atomik kırılmaları

Kırılma indeksinin değerini belirlemek için özel bir cihaz kullanılır - bir refraktometre. Organik kimya laboratuvarları için standart cihaz Abbe refraktometresidir. Polikromatik (güneş veya yapay) ışık kullanıldığında sodyum D çizgisinin kırılma indeksi değerini verecek şekilde tasarlanmıştır. Ölçüm yalnızca birkaç damla sıvı gerektirir ve ölçüm doğruluğu 0,0001 kırılma indisi birimidir. Böyle bir doğruluğu elde etmek için, ölçüm sırasında 0,2 C'lik bir doğrulukla (bir termostat kullanılarak elde edilen) sabit bir sıcaklığın korunması gerekir. Kırılma indeksinin 20C'de ve düşük erime noktalı katılar için erime noktasının biraz üzerinde ölçülmesi tavsiye edilir.

Her madde kendi kırılma indisi değeriyle karakterize edildiğinden, refraktometri diğer yöntemlerle birlikte maddeleri tanımlamak (tanımak) için kullanılabilir. Tanımlama, aynı koşullar altında bulunan saf maddelerin kırılma indeksinin ölçülen ve referans değerlerinin çakışması esas alınarak gerçekleştirilir. Farklı maddelerin benzer kırılma indisi değerlerine sahip olabilmesi nedeniyle, refraktometri genellikle maddelerin tanımlanmasına yönelik diğer yöntemlerle (spektral ölçümler, erime veya kaynama noktalarının belirlenmesi, vb.) tamamlanır. Kırılma indisi aynı zamanda bir maddenin saflığını yargılamak için de kullanılabilir. Aynı koşullar altında bulunan maddelerin kırılma indekslerinin ölçülen ve referans (saf madde için) değerlerindeki tutarsızlık, içindeki yabancı maddelerin varlığını gösterir. Bir maddenin fiziksel sabitleri (kırılma indisi dahil) hakkında literatürde bilgi bulunmayan durumlarda, ancak tekrarlanan saflaştırma işlemleri sırasında fiziksel sabitlerin değişmemesi durumunda saf kabul edilebilir. Refraktometrik yapısal analiz, sıvı maddeler için en yüksek doğruluğu sağlar. Bu durumda, maddenin yapısal formülünü varsaymak için bileşim ve molekül ağırlığı (brüt formül) veya gerekçeler hakkında verilere sahip olmak gerekir. Lorentz-Lorentz formülü kullanılarak bulunan MR exp ve MR teorisinin karşılaştırılmasına dayanarak bir maddenin yapısına ilişkin bir sonuca varılır. MR exp ve MR teorisi değerlerinin 0,3-0,4 doğrulukla çakışması, önerilen brüt formül ve yapının olasılığını doğrulamaktadır. Tutarsızlık Bay teori Bay exp. 0,3-0,4 birimden fazlası, hesaplama yapılırken yapılan MR teorisinin hatalı olduğunu gösterir. Maddenin yapısı ve bileşimi hakkındaki varsayımlar. Bu durumda belirli bir brüt formül için maddenin diğer olası moleküler yapılarını dikkate almak gerekir.

Kırılma indisi çözeltilerin konsantrasyonuna bağlı olduğundan, refraktometri aynı zamanda konsantrasyonlarını belirlemek, maddelerin saflığını kontrol etmek ve ayırma işlemlerini izlemek için de kullanılır; örneğin damıtma izlenebilir (analitik amaçlar için). İkili bir karışımın kırılma indisi, karıştırma sırasında hacimde bir değişiklik olmadığı sürece, bileşenlerin konsantrasyonuna (hacimce yüzde olarak) doğrusal olarak bağlıdır. Doğrusal ilişkiden sapmalar meydana gelirse bir kalibrasyon eğrisi oluşturmak gerekir.

Işığın kırılması– Değişken kırılma indisine sahip bir ortamda ışık ışınlarının yönünün değişmesi. Işığın kırılması, farklı kırılma indislerine sahip iki ortam arasındaki arayüzde ışınların yönünde keskin bir değişimin özel bir durumudur.

Klasik fizik açısından bu olayların nedeni, bir ışık dalgasının elektrik alanının temel yüklerle etkileşimidir. Atoma etki eden dalganın elektrik alanı, dıştaki elektronu denge konumundan uzaklaştırır ve atom, indüklenmiş bir dipol momenti kazanır.

P=α e ,

burada α atomun (veya molekülün) polarize edilebilirliğidir, e gelen dalganın elektrik alan kuvvetidir. Atomun dipol momenti, gelen ışığın frekansıyla birlikte salınır ve atom, ikincil tutarlı dalgaların kaynağı haline gelir. Elektron salınımları, orijinal ışık dalgasının salınımlarına göre faz bakımından geciktirilir, dolayısıyla ikincil dalgalar da bir gecikmeyle yayılır. Orijinal ışık dalgasının alanına ikincil dalgaların alanı eklenir, bu da ortaya çıkan elektromanyetik dalganın yavaşlamasına neden olur.

Klasik elektronik teorisi, bir maddenin kırılma indeksini, atomların veya moleküllerin doğasına ve ışığın frekansına bağlı olarak orta yoğunluk ve elektronik polarize edilebilirliğin mikroskobik özellikleriyle ilişkilendirmemizi sağlar.

Genellikle mikroskobik özellikler aracılığıyla ifade edilen kırılma indisinin kendisi değil, ilgili moleküler kırılmadır:

Nerede R - moleküler kırılma [cm3 /mol],

M - moleküler ağırlık [g/mol],

ρ – yoğunluk [g/cm3 ],

NA = 6,023∙10 23 – Avogadro sayısı [mol -1],

– spesifik kırılma [cm3 /g].

Moleküler kırılma bir molekülün veya daha kesin olarak bir maddenin bir molünün 1/3'ünün polarize edilebilirliğini karakterize eden fiziksel bir niceliktir. Ölçümü, maddenin kırılma indisinin ve yoğunluğunun ölçülmesine dayanmaktadır.

Maddenin yapısına ilişkin farklı modeller, fonksiyon için biraz farklı ifadelere yol açar f(n); Çoğu zaman Lorentz-Lorentz formülü kullanılır, buna göre burada kullanılan SI sistemi değil, çoğu kimyasal referans kitabında verilerin sunulduğu eski GHS sistemidir. Formül (6)'nın son kısmından görülebileceği gibi, moleküler kırılma sıcaklık ve yoğunluğa ve dolayısıyla basınca ve toplanma durumuna bağlı değildir ve yalnızca moleküllerin polarize edilebilirliğinin (α) bir ölçüsüdür:

yani kimyasal bir bileşiğin bir özelliğidir.

Değerler R Spektrumun görünür bölgesinde, bir maddenin moleküllerinin elektron kabuklarının polarize edilebilirliği karakterize edilir. Çözünme sırasında bileşenlerin polarize edilebilirliği değişmiyorsa çözeltilerin kırılması şunlardan oluşur: Ri kırılma bileşenleri:

Nerede x ben– konsantrasyon Ben mol kesirlerindeki bileşen.

Çözeltilerin moleküler kırılmalarının toplanabilirlik kuralı hesaplamamızı sağlar Rçözünmüş katılar. Ayrıca saf bileşikler için moleküler kırılmanın toplamsallığı yaklaşık olarak gözlemlenir. İyonik bileşikler için iyonik kırılmaların toplamına eşittir (bkz. Ekteki Tablo 1).

Örnek 1. Potasyum klorür

Hesaplanan R teorisi (KCl) = R(K +) + R(CI –) = 2,2 + 8,7 = 10,90;

Molar kütle M(KCl) = 74,56 g/mol;

Yoğunluk ρ(KCl)=1,985 g/cm3;

20 santigrat derecede sarı D çizgisi için kırılma indisi N D20 (KCI) = 1,490; daha sonra deneyden hesaplandı

Δ hatasını alıyoruz R= 0,04 ve bağıl hata veya %0,4.

Değerlik bağlarına sahip bileşiklerin moleküler kırılması, atomik kırılmaların toplamı olarak sunulabilir (bkz. Ekteki Tablo 2).

Örnek 2. n-Pentan CH3 –(CH2)3 –CH3

R teorisi (C5H12) = 5R(C) + 12R(H) = 5∙2,418 + 12∙1,100 = 25,290;

M(C5H12) = 72,15 g/mol;

ρ(C5H12) = 0,62619 g/cm3;

N D20(C5H12) = 1,35769;

Δ hatasını alıyoruz R= 0,008 ve bağıl hata veya %0,03.

Bu tür hesaplamalarda ortaya çıkan atomik kırılmalar kısmen atomların karşılıklı etkisinin etkilerini içerir ve karşılık gelen basit maddelerin atomik kırılmalarına eşit değildir. Molekül yapısının moleküler kırılma üzerindeki etkisi, farklı gruplarda aynı element için farklı atomik kırılma değerleri (örneğin, eterler, alkoller ve karboksil bileşiklerinde oksijen için farklı atomik kırılmalar) getirilerek dikkate alınır (bkz. Tablo) Ekteki Şekil 2)) veya grup kırılmaları (örneğin, NO, N0 2, CN, vb. gruplarının grup kırılmaları) ve ayrıca çoklu bağlar için özel artışlar (yani artışlar) kullanılarak (çift bağ C=C) , üçlü bağ C≡C) .

Atomik ve grup kırılmaları yerine, bağ kırılmaları sıklıkla kullanılır ve moleküler kırılma, bağların oluşumunda yer almayan elektronların polarize edilebilirliğinin geleneksel olarak atfedildiği bağların sayısına ve türlerine göre terimlere ayrıştırılır (bkz. Ek).

Örnek 3. 1-Bromopropan CH3 –CH2 –CH2 –Br

R teorisi (C3H7Br) = 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 D20(C3H7Br) = 1,4344;

Δ hatasını alıyoruz R= 0,10 ve bağıl hata veya %0,4.

Örnek 4. 2-Bromopropan CH3 – CHBr – CH3

R teor (C3H7Br) = 23,79 (bağların sayısı ve kalitesi 1-bromopropandakiyle aynı olduğundan);

M(C3H7Br) = 123,00 g/mol;

ρ(C3H7Br)=1,310 g/cm3;

N D20(C3H7Br) = 1,4256;

Δ hatasını alıyoruz R= 0,3 ve bağıl hata veya %1,0.

Bazı şemalarda (atomlar veya bağlar tarafından) eklemenin daha iyi yapıldığı söylenemez. Her ikisi de moleküler kırılma için katkı şemasının uygulanabilirlik sınırları dahilinde yaklaşık olarak eşdeğerdir.

Örnek 5. Bromoform CHBr 3

Atomlar için R teorisi (CHBr3) = R(C) + R(H) + 3R(Br) = 2,418 + 1,100 + 3 ∙ 8,865 = 30,113 (Ekteki Tablo 2'ye bakınız);

Bağlar için R teorisi (CHBr 3) = R(C–H) + 3R(C–Br) = 1,70 + 3 ∙ 9,47 = 30,11 (Ekteki Tablo 3'e bakınız);

Δ R≈ 0,3 ve veya %1,0.

Bazen moleküler kırılmanın bağlar üzerinden toplamı, atomlar üzerinden toplamadan biraz daha iyi sonuçlar verir.

Örnek 6. Etil alkol CH3 –CH2 –OH

R teorisi (C2H5OH) = 2R(C) + 6R(H) + R(alkol grubundaki O) = 12,961 (bkz. Ekteki Tablo 2);

R teorisi (C2H5OH) = 5R(C–H) + R(C–C) + R(C–O) + R(O–H) = 13,05 (Ekteki Tablo 3'e bakınız);

Buna göre ve ve 2∙10 -3 (%0,2).

Moleküler kırılmanın deneysel değerinin katkı şemaları kullanılarak hesaplanan değerle karşılaştırılması, kimyasal bileşiklerin yapısını belirlemek için en basit fiziksel yöntemlerden biridir. Bu yöntem, bir maddenin brüt formülünü ve belirli fonksiyonel grupların varlığını doğrulayabilir (örneğin, moleküldeki halkaların sayısı, çoklu bağların sayısı, doğası ve konumu vb. hakkında bilgi elde edilebilir). Bazı durumlarda molekülün cis veya trans konfigürasyonuna ilişkin çıkarımlar da mümkündür.

Bir el maddesi (bkz. Polarize edilebilirlik atomlar, iyonlar ve moleküller) ile refraksiyon M. r. için ifadelerin uygulanabilirliği sınırları dahilinde. o, şu şekilde karakterize ediyor: P, Bir maddenin kırılma yeteneği farklıdır N pratik olarak yoğunluğa, sıcaklığa ve agrega maddeye bağlı olmamasıdır.

Temel f-la M.r. benziyor

Nerede M- maddenin moleküler ağırlığı, r - onun, N A – Avogadro sabiti. F-la (*) eşdeğerdir Lorentz - Lorentz formülü(uygulanabilirlik konusunda aynı kısıtlamalarla), ancak çoğul olarak. vakalar pratik amaçlar için daha uygundur. uygulamalar. Genellikle M. r. karmaşık bir maddenin molekülünü oluşturan atomların veya atom gruplarının veya böyle bir moleküldeki bağların "kırılmalarının" toplamı olarak temsil edilebilir. Örneğin, M.r. doymuş hidrokarbon CkH 2 k+2 eşittir kR C+ + (2 k + 2)R N ( k= 1, 2,...). Bu, M. r.'nin önemli bir özelliğidir. - toplanabilirlik - refraktometrik özelliği başarıyla kullanmanızı sağlar. Bileşiklerin yapısını incelemek, moleküllerin dipol momentlerini belirlemek, hidrojen bağlarını incelemek, karışımların bileşimini belirlemek ve diğer fiziksel-kimyasal yöntemler. görevler.

Aydınlatılmış.: Volkenshtein M.V., Moleküller ve yapıları, M.-L., 1955; Ioffe B.V., Refraktometrik kimya yöntemleri, 3. baskı, Leningrad, 1983; ayrıca bkz. yandı. Sanat'ta. Lorentz - Lorentz formülü.

Fiziksel ansiklopedi. 5 cilt halinde. - M .: Sovyet Ansiklopedisi. Genel Yayın Yönetmeni A. M. Prokhorov. 1988 .

Diğer sözlüklerde "MOLEKÜLER KIRILMA" nın ne olduğunu görün:

Moleküler kırılma, bir maddenin elektronik polarizasyonunun bir ölçüsüdür; büyüklük sırasına göre bir gram moleküldeki tüm moleküllerin hacmine denk gelen hacim boyutuna sahiptir. Bundan, R'nin büyüklük sırasının düzeltmeyle örtüşmesi gerektiği sonucu çıkıyor... ... Vikipedi

moleküler kırılma

moleküler kırılma- molekulinė refrakcija statusas T sritis chemija apibrėžtis Dydis, apibūdinantis molekulės elektroninį poliarizuojamumą. atitikmenys: ingilizce. molar kırılma; moleküler kırılma rus. moleküler kırılma; molar kırılma ryšiai: sinonimas –… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

moleküler kırılma- molekulinė refrakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. moleküler kırılma; moleküler kırılma vok. Moleküler kırılma, f rus. moleküler kırılma, f pranc. kırılma moléculaire, f … Fizikos terminų žodynas

Bkz. Moleküler kırılma...

- (R), elektronik polarize edilebilirliği ael in va (bkz. ATOMLARIN, İYONLARIN VE MOLEKÜLLERİN POLARİZE EDİLEBİLİRLİĞİ) kırılma indeksi n ile birleştirir. R. m. için ifadelerin uygulanabilirliği sınırları dahilinde, n gibi, yeteneği karakterize eder. ışığı kırmak farklıdır… … Fiziksel ansiklopedi

- (R, bir maddenin elektronik polarize edilebilirliğini αel'i (bkz. Atomların, iyonların ve moleküllerin polarize edilebilirliği) kırılma indeksi (Bkz. Kırılma indeksi) ile birleştirir. R. m. için ifadelerin uygulanabilirliği sınırları dahilinde, aşağıdaki gibi karakterize eder: N, ... ... Büyük Sovyet Ansiklopedisi

VE; Ve. [lat. kırılma] 1. Optikte: ışığın kırılmasıyla ilişkili bir dizi olay. R. ışık. Atomik, moleküler, spesifik nehir. 2. Akustikte: ses dalgalarının homojen olmayan bir ortamda yayılımının eğriliği. ◁ Kırıcı, ah, ah. Ry...… ansiklopedik sözlük

refraksiyon- Ve; Ve. (Latince refraktiften) ayrıca bkz. kırılma 1) Optikte: ışığın kırılmasıyla ilişkili bir dizi olay. Işığın kırılması / kırılması. Atomik, moleküler, spesifik kırılma. 2) Akustikte: homojen olmayan bir ortamda ses dalgalarının yayılımının eğriliği... Birçok ifadenin sözlüğü

molar kırılma- molar kırılma; endüstri moleküler kırılma (ν 1)/(ν+1) değerinin (burada ν, spektrumun görünür kısmındaki ışınların kırılma indisidir) maddenin molar hacmine göre çarpımı ... Politeknik terminolojik açıklayıcı sözlük

Kitabın

• Moleküler optiğin temelleri, N. B. Rozhdestvenskaya. Bu monografi moleküler optik konularına ayrılmıştır. Kitap, yazarın saf sıvılarda, çözeltilerde ve moleküler ışık saçılımı alanında yarım yüzyıldan fazla süren çalışmasının deneyimini içermektedir.