Реферати українською » Химия » Рефрактометричний метод аналізу в хімії


Реферат Рефрактометричний метод аналізу в хімії

Страница 1 из 4 | Следующая страница

>РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛІЗУ У ХІМІЇ


>Оглавление

Запровадження

1. Деякі поняття фізичної оптики

1.1 Поширення світла

1.2 Показник заломлення світла (показник рефракції)

1.3Дисперсия світла

1.4 Повне внутрішнє відбиток

2.Дипольние моменти, і рефракція

2.1Поляризуемость ідипольний момент

2.1.1Молярнаяполяризуемость

2.2Молярная рефракція

3.Рефракция і структура молекул

3.1Аддитивность рефракції

3.2Оптическая екзальтація

3.3Дисперсия молекулярної рефракції

3.4Рефракция й розміри молекул

4.Рефрактометрия розчинів

4.1 Аналіздвухкомпонентних розчинів

4.2 Аналізтрехкомпонентних розчинів

5.Рефрактометрия полімерів

Укладання

Список використовуваної літератури


Запровадження

>Рефрактометрический метод має багаторічну історію застосування в хімії.

>Рефрактометрия (від латинськогоrefraktus – переломлений і грецькогоmetr – міряю, вимірюю) – це розділ прикладної оптики, у якому розглядаються методи виміру показника заломлення світла (n) під час переходу з однієї фази до іншої, чи, інакше кажучи, показник заломлення n – цей показник швидкостей світла що межують середовищах.

Що стосується хімії рефракція має як широке значеннєве значення.Рефракция R (від латинськогоrefractio – переломлення) є міра електронноїполяризуемости атомів, молекул, іонів.

>Поляризация електронних хмар в молекулах чітко проявляється у інфрачервоному (ІК) і ультрафіолетовому (СФ) поглинанні речовин, але у ще більшою мірою вона відповідальна за явище, яке кількісно характеризується молекулярної рефракцією.

Коли світло як електромагнітне випромінювання проходить через речовина, то навіть за відсутності прямого поглинання може взаємодіяти з електронними хмарами молекул чи іонів, викликаючи їх поляризацію. Взаємодія електромагнітних полів світлового пучка і електронного поля атома призводить до зміни поляризації молекули і швидкості світлового потоку. Принаймні зростанняполяризуемости середовища зростає й n – показник, величина якого пов'язані з молекулярної рефракцією. Зазначене явище використовується поруч із методомдипольних моментів з вивчення структури та властивостей неорганічних, органічних іелементоорганических сполук.

>Рефрактометрия широко застосовується також і визначення будівлі координаційних сполук (комплексів молекулярного іхелатного типу), вивчення водневої зв'язку, ідентифікації хімічних сполук, кількісного і структурного аналізу, визначенняфизико–химических параметрів речовин.

У виробничої практиці показник заломлення світла n використовується контролю ступеня чистоти і порядку якості речовин; в аналітичних цілях – для ідентифікації хімічних сполук та його кількісного визначення. Отже,рефрактометрия – це метод дослідження речовин, заснований на визначенні показника заломлення (коефіцієнта рефракції) та деяких менших його функцій. З функцій n, які у хімії, найбільше значення мають: функціяЛоренца –Ленца, похідна n за концентрацієюрастворенних речовин (приріст n) ідисперсионние формули, які включають різниці показників заломлення обох довжин хвиль.Инкременти n використав рідинної хроматографії і за визначенні молекулярної маси полімерів методом розсіювання світла. Длярефрактометрического аналізу розчинів в широких діапазонах концентрацій користуються таблицями чи емпіричними формулами, найважливіші у тому числі (для розчинів сахарози, етилового спирту та інших.) затверджуються міжнародними угодами й у основі побудови шкал спеціалізованихрефрактометров для аналізу промислової власності й сільськогосподарської продукції. Розроблено способи аналізутрехкомпонентних розчинів, заснованих на виключно одночасному визначенні n і щільність чи в'язкості, або на здійсненні хімічних перетворень з виміром n вихідних і кінцевих розчинів; ці засоби застосовують при контролі нафтопродуктів, фармацевтичних препаратів та інших. Ідентифікація органічних сполук, мінералів, лікарських речовин здійснюється за таблицям n, процитованими в довідкових виданнях. Перевагамирефрактометрического методу є її простота і щодо невисока вартість приладів визначення коефіцієнта заломлення світла.


1. Деякі поняття фізичної оптики

1.1 Поширення світла

рефракціяполяризуемость переломлення хімічний

Перша гіпотеза – емісійна чи корпускулярна, стверджувала, що світ подає собою потік дрібних частинок – корпускул,испускаемих нагрітим світловим тілом.Достигая очі, ці частки відбивають зорові відчуття.Ударяясь про перепону, частки відбиваються від її поверхні чи проникають всередину залежно від властивостей матеріалу тіла.

Легко пояснюючи закони відображення світла, ця гіпотеза не могла пояснити тільки деякі особливості заломлення світла, і зовсім не від пояснювала інтерференцію світла.

Друга гіпотеза – хвильова, стверджувала, що частки, генеровані світловим тілом, нині напівживі надзвичайно швидких коливань, генеруючих хвилі, які поширюються в різні боки і, досягаючи очі, викликають зорові відчуття.Волновая теорія добре пояснювала інтерференцію світла, і інші явища, недоступні корпускулярної гіпотезі, але неспроможна пояснити, як поширюються хвилі в вакуумі. Згодом ця неясність було усунуто визнанням за світловими хвилями електромагнітного характеру. Отже, світло у цій гіпотезі є швидко мінливий електромагнітне полі.

Надалі з накопиченням експериментальних даних, і їх теоретичної інтерпретації, встановили особливий, двоїстий, характер світлових явищ звести обидві, здавалося, взаємовиключні гіпотези до однієї струнку, вільну внутрішніх суперечностей теорію. Відповідно до цієї теорією світло рівноправно може й як хвилеве рух електромагнітної природи, як і потік частинок, випромінюваних джерелом світла вигляді окремих порцій світла – квантів чи фотонів.

Разом про те світлові явища можна розглядати і з позиції геометричній чи променевої оптики, що є застосування геометричних побудов і теорем.

Фундаментом до зближення геометрії з вченням про світі і розвитку променевої оптики з'явилися ставлення до прямолінійності поширення світла. Променева оптика й у час зберігає провідної ролі переважають у всіх оптичних і світлотехнічнихрасчетах, завдяки їхнім простоті і наочності, і зазвичай повну відповідність вирахуваних і експериментальних даних.

Променева оптика виходить з трьох основних додатках:

- прямолінійності поширення світла однорідної середовищі;

- поведінці світла за українсько-словацьким кордоном розділу двох середовищ за умови, що ця кордон є ідеально гладку поверхню;

- незалежності поширення світла.

Зазначені становища встановлено емпірично, т. е. досвідченим шляхом шляхом порівняння геометричних співвідношень без обліку особливостей, пов'язаних із складної природою світла.

Щоб оперувати лише наочними геометричними елементами, в променевої оптиці запроваджені два умовних поняття про промені і світної точці.

Під променем розуміють напрям, яким поширюється світло. Експериментально встановлено, що у вакуумі й у однорідної (газової, рідкої чи твердої) прозорою середовищі (наприклад, повітря при постійному тиску, на воді чи склі) світло поширюється прямолінійно, і промінь є пряму лінію, початком якого є джерело світла.

Під світної точкою розуміють джерело світла, незначними розмірами якого знехтувати. Фізично будь-який джерело світла має певними розмірами, проте, якщо взяти ці розміри з тими відстанями, куди поширюється дію світла, то умовно (без істотною похибки) джерело світла сприймають як точку.

Від світної точки світла розходиться в різні боки як пучка безліч променів, що заповнюють все навколишнє простір. Такий пучок називається необмеженим. Проте, якби шляху такого пучка помістити діафрагму – непрозорий екран з отвором, то "за діафрагмою світло поширюватиметься вже проводяться як обмежений пучок.

>Уменьшая отвір діафрагми, можна виділяти дедалі більше і більше тонкі пучки. Здається, це повинно призвести до настільки тонкому пучку, що може бути вважати "окремим променем". Проте досвід не підтверджує це припущення. За зменшення діаметра отвори промені втрачають прямолінійність і починають обминути її краї, тим більше, що менше стає отвір.

Явищеогибания світловими (звуковими тощо. буд.) хвилями можна зустріти по дорозі перешкод називаєтьсядифракцией світла, і зумовлено його хвильової природою. Через це не можна виокремити окремий промінь а насправді існує лише пучки променів.

1.2 Показник заломлення світла (показник рефракції)

Коли шляху світлового пучка, поширюваного у прозорій однорідної середовищі (наприклад, повітря), зустрічається інша прозора однорідна середовище (наприклад, скло), то, на межі поділу середовищ пучок світла поділяється на два променя, з яких одна промінь входить у нове середовище, змінюючи своє напрям (переломлюється), а інший, позначаючись від поверхні розділу і змінюючи своє напрям, продовжує поширюватися У першій середовищі. Промінь для розповсюдження в однорідних середовищах, змінюючи свою односпрямованість, зберігає прямолінійність поширення і по, і після кордону розділу (мал.1).

Отже, переломлення і відбиток не суперечать прямолінійності поширення світла однорідних середовищах.

>Рис. 1. Поведінка променя лежить на поверхні розділу

Лінія ММ на рис. 1 зображує поверхню (кордон) розділу між повітрям і склом. Падав проміньмонохроматического світла (світла, умовно однієї довжини хвилі) становить знормальюОО до розділу середовищ кутАВО =. Цей кут називається кутом падіння променя. У другій середовищі промінь становить знормалью кут заломлення ПроЗС =.

Якщо змінювати кут падіння променя, він змінюватися і кут заломлення променя, та заодно завжди зберігатиметься незмінним ставленнясинуса кута падіння променя до синусу кута заломлення:

 (1)

Якщо заміняти скло інші однорідні прозорі середовища (наприклад, воду, інший сорт скла), то будь-якому разі n залишатиметься величиною постійної, але значення її будуть іншими. До того ж, що більше значення n, то більше вписувалося оптична щільність другий середовища.

Якщо промінь входить у якусь однорідну прозору середу ні з інший прозорою середовища, та якщо з вакууму, такий показник заломлення називається абсолютним показником заломлення середовища (N).

Оскільки значення n залежить від довжини хвилі світла (>) і південь від температури, її вимір проводять примонохроматическом світі і постійної температурі.

Закони заломлення світла формулюються так:

- падаючий і переломлений промені перебувають у площині знормалью до розділу, але розташовані на півметровій протилежних сторони від неї;

- ставленнясинуса кута падіння променя до синусу кута заломлення обох стичних однорідних середовищ постійно зростає і залежить від кута падіння;

- падаючий і переломлений промені взаємно оборотні, тобто., якщо промінь, входячи з однієї середовища до іншої, йде з напрямку АВС, то, виходячи з другої середовища під час першого, вона піде в напряміСВА.

Очевидно, при перехід з більш щільною середовища (скло, рис. 1) менш щільну (повітря) промінь піде від нормальний, а показник заломлення візьме протилежний співвідношення:

 (2)

Показник заломлення як стала величина є характеристикою речовини (подібно температурі плавлення).

Світло як електромагнітне випромінювання під час проходження через однорідну прозору середу, і взаємодіючи з її частинками (молекулами, атомами, іонами), змінює свою швидкість. Найбільша швидкість поширення світла буває у вакуумі ( З0 = 3·1010 м/с). У повітрі швидкість світла (Зв) зменшується, і значення абсолютного показника заломлення повітря (Nв) становить:

 (3)

Відносний показник заломлення певній середовища nз – цей показник швидкості світла повітрі до швидкості світла досліджуваної середовищі (Зз):

 (4)

Отже, абсолютний і відносний показники заломлення повітря пов'язані між собою співвідношенням:

 (5)

Для рідких i твердих тіл n визначають, зазвичай, щодо повітря, а газів – щодо вакууму.

1.3Дисперсия світла

Тоді як будь-якогомонохроматического променя кути падіння рівні кутках відображення, показник заломлення лише у й тією самою середовищі різний кожної довжини хвилі. Тому, якби поверхню розділу середовищ падатиме немонохроматический, а "білий" світло, то після заломлення окремі складові будуть відхилятися по-різному плюс різні кути заломлення за одного й тому самому вугіллі падіння. Найбільше відхилення відбувається в самих короткохвильових (фіолетових) променів, а найменше – біля самісіньких довгохвильових (червоних) променів, т. е. "білий" світло, переходячи у більш щільну прозору однорідну середу, розсіюється чидиспергирует.

Причиною дисперсії світла є неоднакова швидкість поширення електромагнітного випромінювання різних довжин хвиль у прозорій однорідної середовищі.Мерой дисперсії світла служить різницю між значеннями показника заломлення, обмірюваним що за різних довжинах хвиль (наприклад,n>FC; табл.1).

Показник заломлення залежно та умовами його визначення доповнюється латинської букової n з підрядковим інадстрочним індексами (наприклад, ,). Верхній індекс показує температуру (в 0З), а нижній індекс – лінії чи довжину хвилі (в нм), у яких вироблялося вимір. Зазвичай n визначають при вказаних у табл. 1 довжинах хвиль.

Позначення показника заломлення та умовами його визначення

Таблиця 1

Лінія спектра водню Індекс лінії >, нм Позначення показника заломлення
>желтая D 589,3

nD

червона З 656,3

nЗ

синя F 486,1

nF

фіолетова G 434,0

nG

Урефрактометрии часто використовується показник n, значення визначають екстраполяцією залежності n =f() до нескінченно великих довжин хвиль. Така екстраполяція здійснюється зазвичай за такою формулою Коші:

n = n +b/. (6)


>Константи n і b визначають, вимірявши n в різних (наприкладF іЗ – ліній спектра водню). Найчастіше визначають не n, а nD жовтої лінії спектра натрію (>D-линии).

Насправді використовуються три мовлення дисперсії світла.

1. Середня дисперсія:

>n>FC = (nF nЗ)∙104. (7)

2. Коефіцієнт дисперсії чи числоАббе:

(8)

3.Удельная дисперсія:

 (9)

де – щільність речовини.

Середня дисперсія, nF – nЗ, приватні дисперсії і кількістьАббе служать найважливішими характеристиками оптичних матеріалів. Відносна дисперсія та дві родинні їй функції застосовують для груповий ідентифікації вуглеводнів і політичного аналізу нафтових фракцій.

Оскільки показник заломлення змінюється зі зміною температури і довжини хвилі світла (який, безумовно, ні поглинатися речовиною), то першу умову має бути, слід сказати, обумовлено, але насправді зміна величини R залежно від температури цілком входить у рамки помилок експерименту, і тому температуру вказувати необов'язково.

Найчастіше використовуваними довжинами хвиль є М>-лінії при 653,3 нм, М>-лінія при 486,1 нм іD-линия натрію на 589,3, і значення R цілком чітко залежить від того, яка лінія обрано.

Якщо потрібне визначити молекулярну рефракцію твердого речовини, то вдаються до модифікованого рівнянню, що враховує зміна показника заломлення з концентрацією розчину.

1.4 Повне внутрішнє відбиток

Рис.2. Схема напрями поширення променів за повної внутрішньому відображенні

b0>Oa0 – поширення променя при граничному вугіллі;

>bOa - поширення променів за повної внутрішньому відображенні

Якщо промінь світла поширюється з більш щільною середовища У менш щільну середу А (мал.2), то, при деякому вугіллі =0 кут заломлення досягне максимального значення0 = 900. Далі промінь будераспростра-няться вздовж поверхні розділу середовищ і вираз (2) прийме такий вигляд:

.

Якщо направити промінь у середу У (рис. 2) з точки >0, він взагалі потрапить у середу А, позначившись від поверхні розділу (рис. 2). Це називається повним внутрішнім відбитком, а кут0 – граничним кутом.

На вимірі граничного кута грунтується принцип роботирефрактометров.


2.Дипольние моменти, і рефракція

Коефіцієнт заломлення, як зазначалось, залежить відполяризуемости атомів, молекул і іонів. Тому дослідження електричних характеристик речовини дає важливу інформацію розподілу зарядів в молекулі і дозволяє визначити деякі властивості речовини, зумовлені

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація