CZĘŚĆ TEORETYCZNA

1. Falowa natura światła.

Światło wykazuje dwoistą naturę

• Korpuskularną

• zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne

• zjawisko Comptona

• emisja i absorpcja

• Falową

• dyfrakcja

• interferencja

• polaryzacja

Światło jest więc jednocześnie strumieniem cząstek i falą.

2. Współczynnik załamania światła.

• Bezwzględny współczynnik załamania światła

Gdy światło biegnie z próżni do danego środowiska, współczynnik załamania:

n=

gdzie:

c- prędkość światła w próżni

v- prędkość światła w danym środowisku

n- bezwzględny współczynnik załamania światłą danego środowiska zwany krótko współczynnikiem załamania tego środowiska

Dla próżni n=1, a dla wszystkich innych środowisk n>1

• Względny współczynnik załamania światła

Mając bezwzględne współczynniki załamania ośrodka z którego pada światło i ośrodka do którego załamuje się światło, można obliczyć względny współczynnik załamania:

n₁₂ =

n₁ - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 1 (z którego wychodzi światło)

n₂ - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 2 (do którego przechodzi światło)

n₁₂ - współczynnik załamania (względny) ośrodka 2 względem ośrodka 1

Względny współczynnik załamania decyduje o tym jak bardzo światło ma tendencję do skręcania swego kierunku podczas przechodzenia do innego ośrodka. Inaczej mówiąc - przy dużym względnym współczynniku załamania światło będzie się silniej załamywać.

3. Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia, kąt graniczny.

Całkowite wewnętrzne odbicie zachodzi bez strat energii, nie towarzyszy mu załamanie światła.
Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia występuje wtedy, gdy kąt padania przekroczy wartość kąta granicznego. Kąt graniczny natomiast jest to taki kąt padania dla którego kąt załamania równa się 90°.

4. Gęstość optyczna.

Jest to wielkość charakteryzująca absorpcję światła itp. w kliszach fotograficznych, filtrach, błonach półprzezroczystych itp.
Określona jest wzorem:

D= log(I
/I),

gdzie I
i I reprezentują światłość odpowiednio wiązki padającej i wiązki wychodzącej.
Dla ośrodków jednorodnych gęstość optyczna jest wielkością addytywną (suma gęstości optycznej składników jest gęstością optyczną układu absorbentów).

5. Refraktometria, refraktometr.

Jest to metoda analityczna wykorzystująca pomiary współczynników załamania światła badanych roztworów, na podstawie których wnioskuje się o stężeniu oznaczanych substancji oraz o strukturze związków chemicznych (refrakcja molowa).

Refraktometr Abbego w najprostszym wykonaniu składa się z dwóch prostokątnych pryzmatów ze szkła o dużym współczynniku załamania. Między te pryzmaty wprowadzamy kilka kropel badanej cieczy, której współczynnik załamania powinien być mniejszy niż współczynnik załamania szkła. Ciecz tworzy między przeciwprostokątnymi powierzchniami obu pryzmatów cienką, płasko-równoległą warstewkę, na którą padają pod różnymi kątami promienie wychodzące z pryzmatu P1. Część tych promieni ulega całkowitemu odbiciu na powierzchni cieczy, część zaś przechodzi dalej, przenika pryzmat P2 i opuszcza go nie zmieniając pierwotnego kierunku. Wszystkie promienie padające pod kątem, większym od granicznego ulegają całkowitemu odbiciu. Dzięki takiemu biegowi promieni pole widzenia lunetki podzielone jest na dwie części - jasną i ciemną, oddzielone od siebie ostrą linią graniczną (oczywiście pod warunkiem użycia światła monochromatycznego). Przez ustawienie lunetki tak, aby umieszczony w płaszczyźnie ogniskowej obiektywu krzyż znalazł się na linii granicznej, odczytać możemy wartość kąta granicznego a następnie obliczyć współczynnik załamania światła badanej cieczy. Posługiwanie się zwykłym refraktometrem Abbego wymaga stosowania światła monochromatycznego (zwykle żółtego światła sodu), gdyż przy stosowaniu światła białego występuje zjawisko rozszczepienia światła, czyli dyspersji. Kąt graniczny jest dla każdej długości fali inny; dlatego to przy użyciu światła niejednorodnego mielibyśmy nie ostrą linię graniczną, lecz rozmytą smugę o barwach tęczy.
Uniwersalny refraktometr Abbego, pozwala na użycie światła białego - dzięki dodatkowym kompensującym dyspersję urządzeniom. Za jego pomocą mierzy się współczynniki załamania substancji.

6. Refrakcja molowa.

Refrakcja molowa zdefiniowana jest przez równanie Lorentza-Lorenza:

gdzie:

• R - refrakcja molowa

• ρ - gęstość ośrodka

• n - współczynnik załamania światła (współczynnik refrakcji).

• M - masa molowa

Refrakcja molowa jest wielkością charakterystyczną dla substancji chemicznych i praktycznie niezależną od temperatury, ciśnienia, stanu skupienia. Posiada własność addytywności - może być rozłożona na stałe udziały atomowe (składowe).
Służy do wyznaczania:

• momentów dipolowych,

• średnich polaryzowalności cząsteczkowych,

• objętości cząsteczkowych,

• wzorów strukturalnych związków chemicznych.

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

1. Tabela wyników.

roztwór	20%	18%	16%	14%	12%	10%	8%	6%	4%	2%	1%	x%
NaCl	1,3568	1,3626	1,3589	1,3558	1,3529	1,3508	1,3453	1,3440	1,3401	1,3361	1,3349	1,3495

2. Obliczamy n=f(c), przyjmujemy n=Ac+B

gdzie:

3. Wykres funkcji n=f(c):

Z wykresu wynika, iż nieznane stężenie roztworu wynosi ok. 9,5%

4. Spostrzeżenia i wnioski.

Niska wartość współczynnika n dla roztworu o stęż. 20% może wynikać z faktu, iż pomiar ten wykonywany był jako pierwszy i odczyt z przyrządu wiązał się z błędem. Ponadto prowadzący doświadczenie nie zaznajomili się jeszcze dostatecznie ze sprzętem. Podstawowym wnioskiem jaki się nasuwa jest to, że wraz ze stężeniem roztworu NaCl wzrasta wartość współczynnika załamania światła dla niego. Na podstawie pomiarów współczynnika dla kilku roztworów o znanym stężeniu można wyliczyć nieznane stężenie roztworu.

---