VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Основная задача рефрактометрического анализа состоит в определении показателя преломления света при переходе его из одной среды (обычно воздуха) в другую (исследуемую) и последующем вычислении ряда производных величин. Одной из них является рефракция R. Важнейшим свойством рефракции является аддитивность, которая позволяет выяснить строение молекулы и определить состав смеси.

Все молекулы могут быть разделены на полярные и неполярные.

При перемещении неполярной молекулы во внешнее постоянное электрическое поле легкоподвижные электроны смещаются, в результате чего появляется наведенный (индуцированный) дипольный момент. Смещение претерпевают и атомы, входящие в состав молекул.

В полярных молекулах также происходит смещение электронов и атомов. Наряду с этим полярные молекулы ориентируются в электрическом поле. Смещение электронов, атомов и ориентация молекулы в электрическом поле называется поляризацией. Полная поляризация молекул складывается из электронной (П_эл), атомной (П_ат) и ориентационной (П_ор) поляризаций.

П= П_эл + П_ат + П_ор

Электронная поляризация одного моля вещества иначе называется мольной рефракцией (R), т.е.:

Мольная рефракция R связана с показателем преломления вещества n, молекулярной массой M и его плотностью dсоотношением Лоренц-Лорентца

, (1)

По физическому смыслу мольная рефракция представляет собой объем, занимаемый молекулами одного моля вещества. Действительно, подставив в формулу (1) размерности молекулярной массы кг/моль и плотности кг/м3, можно убедиться в том, что мольная рефракция имеет размерность объема- м3/моль. Подобно объему мольная рефракция обладает свойством аддитивности, т.е. складывается из рефракции атомов, связей и циклов:

R= R_ат+ R_св + R_ц , (2)

где R_ат - атомная рефракция;

R_св - рефракция связей.

Рефракция одного грамма вещества называется удельной рефракцией (r).Выражение для расчета удельной рефракции получим, разделив левую и правую части уравнения (1) на М:

, м³∕ кг, (3)

Если имеется раствор двух веществ, молекулы которых химически не взаимодействует между собой, то удельная рефракция раствора равняется сумме удельных рефракций составляющих раствор веществ, взятых в весовых (процентах) отношениях.

Пусть:

r₁ – удельная рефракция первого компонента;

r_1,2 – удельная рефракцияраствора;

r₂ – удельная рефракция второго компонента;

c₁ – массовый процент первого компонента в смеси;

с₂ =100- с₁ – массовый процент второго компонента в смеси, тогда

Отсюда процентная концентрация первого компонента

, (4)

Процентная концентрация второго компонента

. (5)

Уравнения (4) и (5) используем для расчета состава смеси.

Выполнение эксперимента.

Эксперимент выполняется в следующей последовательности:

1. Определение рефракций чистых веществ по экспериментальным данным. Надо измерить показатель преломления чистого компонента. Это производим на рефрактометре Аббе. Нулевую точку прибора проверяем по реперному веществу (воде).

2. Измерив показатели преломления веществ и найдя их плотности и молекулярные массы, по уравнению (1) вычисляем мольные рефракции веществ. Вычисление мольных рефракций чистых веществ ведем по правилу аддитивности и сравниваем их с экспериментально найденными мольными рефракциями этих веществ, используя уравнение (2).

3. Определяем количественный состав раствора, состоящего из двух известных веществ. Используя уравнение (3), рассчитываем удельные рефракции компонентов r₁,r₂ и после измерения показателя преломления раствора его удельную рефракцию r_1,2 . По уравнениям (4) и (5) находим содержание компонентов в смеси.

Таблица с полученными значениями:

Вещество	Молярная рефракция R, м3∕моль		Относительная ошибка экспериментального определения рефракции
	Определенная экспериментально	Вычисленная
Ацетон	17,6	16,07	9,52%
Смесь (ацетон, вода)	3,84	3,73	2,94%

n_в = 1,3333; n_а=1,3982; n_см=1,3451

Вывод: В данной работе был использован метод рефрактометрии для определения состава смеси через мольную рефракцию по уравнению Лоренц-Лорентца и по уравнению аддитивности.

Код для цитирования: Скопировать