Numer ćwiczenia: 24	Temat ćwiczenia: Refrakcja i wyznaczanie momentu dipolowego.	Data wykonania ćwiczenia: 26.02.2008
				Data oddania sprawozdania: 4.03.2008
Grupa:	Imię i nazwisko:	Nazwisko sprawdzającego:
Uwagi:		Ocena:

1. Cel ćwiczenia:

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było wyznaczenie refrakcji molowej na podstawie współczynników załamania światła dla kilku cieczy organicznych. Wyniki pomiarów posłużyły następnie do wyznaczenia momentów dipolowych i identyfikacji nieznanej cieczy organicznej oraz do obliczenia ułamków wagowych acetonu w roztworze cykloheksanu.

2. Przebieg ćwiczenia:

Ćwiczenie wykonywano następująco:

1. Za pomocą refraktometru wyznaczono współczynniki załamania światła dla czystych roztworów toluenu, acetonu, chloroformu, alkoholu butylowego, mieszaniny acetonu
   i butanolu oraz nieznanej cieczy o sumarycznym wzorze C₄H₈O₂.

2. Wyznaczono gęstość mieszaniny acetonu i butanolu za pomocą piknometru.

3. Przygotowano 6 roztworów acetonu o różnych stężeniach w cykloheksanie.

4. Dla każdego sporządzonego roztworu zmierzono współczynnik załamania światła
   i wykonano pomiary pojemności elektrycznej za pomocą dielektrometru

3. Wyniki ćwiczenia:

Wyniki doświadczenia zawarte są w poniższych tabelach:

Substancja	n	d [g/cm^3]	M [g/mol]
toluen	1,4962	0,87	92,14
aceton	1,3601	0,78	58,08
chloroform	1,4463	1,49	119,38
butanol	1,4000	0,81	74,12
cykloheksan	1,4267	0,78	84,16
aceton + butanol	1,3731	0,80	132,20
C4H8O2	1,4219	1,03	88,10

Objętość acetonu V2 [cm^3]	Objętość cykloheksanu V1 [cm^3]	n12	C12
0,25	24,75	1,4243	22,5
0,50	24,50	1,4235	23,5
1,00	24,00	1,4231	26,0
2,00	23,00	1,4185	31,0
4,00	21,00	1,4130	41,5
5,00	20,00	1,4095	44,5

4. Opracowanie wyników:

1. Wyznaczono gęstość mieszaniny acetonu i butanolu na podstawie wzoru:

.

gdzie: V - objętość piknometru,

m - masa mieszaniny w piknometrze,

d - gęstość.

2. Obliczono refrakcje molowe toluenu, acetonu, chloroformu, butanolu i nieznanego związku o wzorze sumarycznym C₄H₈O₂ na podstawie zmierzonych współczynników załamania światła:

gdzie: n - współczynnik załamania światła,

M - masa molowa,

d - gęstość.

Wyniki obliczeń zestawiono w tabeli z wartościami obliczonymi na podstawie refrakcji atomów i inkrementów (R^`_teor) oraz refrakcji wiązań (R^”_teor).

Rodzaj substancji	Rdośw	R^'teor	R^”teor
toluen	30,95	30,93	31,08
aceton	16,44	16,07	16,04
chloroform	21,38	21,43	21,27
butanol	22,18	22,21	22,33
C4H8O2	21,73

3. Odnaleziono struktury kwasów, estrów i eterów odpowiadających danemu wzorowi strukturalnemu; ponieważ miejsce nienasycenia wynosi 1, co oznacza obecność albo jednego pojedynczego wiązania lub fakt zamknięcia pierścienia, toteż struktury są następujące:

4. Dla każdej zaproponowanej struktury obliczono refrakcje molowe tych wiązań na podstawie refrakcji atomów i inkrementów (R^`_teor) oraz refrakcje wiązań (R^”_teor). Wyniki obliczeń zebrano w tabeli:

Rodzaj substancji	R^'teor	R^”teor
Kwas butanowy	22,22	22,35
Kwas 2-metylopropionowy	22,22	22,35
Ester metylowy kwasu propionowego	22,33	22,48
Ester propylowy kwasu metanowego	22,33	22,48
Ester etylowy kwasu etanowego	22,33	22,48
Dioksan	21,76	22,18

Z porównania refrakcji molowych obliczonych i wyznaczonych doświadczalnie stwierdzono, że nieznaną substancją był dioksan, ponieważ między wyznaczonym doświadczalnie i teoretycznie współczynnikiem załamania światłą jest najmniejsza różnica. Nie można jednak powiedzieć z całkowitą pewnością, że wykryta substancja jest zgodna ze stanem faktycznym, że względu na niewielkie różnice między wszystkimi wartościami współczynników dla poszczególnych substancji..

5. Obliczono refrakcję właściwą (r₁₂) mieszaniny roztworu butanolu i acetonu oraz refrakcje właściwe czystych składników roztworu (r₁ i r₂). Podczas obliczeń korzystano ze wzoru:

r₁ = 0,2830 (aceton)

r₂ = 0,2993 (butanol)

r₁₂ = 0,2761 (mieszanina)

6. Obliczono % wagowe składników mieszaniny korzystając z zależności:
   .

x₁ = 0,648

x₂ = 0,352

Procent wagowy obliczono wg wzoru:

w₁ = 78,92 % (aceton)

w₂ = 21,08 % (butanol).

7. Obliczono ułamki wagowe w₂ acetonu (2) w cykloheksanie (1):

oraz przenikalność dielektryczną kolejnych roztworów na podstawie równania:

,

gdzie:

ε₁- przenikalność dielektryczna cykloheksanu = 2,023

C₀-pojemność elektryczna pustego kondensatora = 12 pF

C₁-pojemność elektryczna kondensatora wypełnionego cykloheksanem = 22,5 pF

C₁₂-pojemność elektryczna kondensatora wypełnionego badanym roztworem.

Wyniki zebrano w tabeli:

Skład roztworu (w2)
0,01	2,0286	-0,0068	2,0230	0,0000
0,02	2,0264	-0,0091	2,1204	0,0974
0,04	2,0252	-0,0103	2,3640	0,3410
0,08	2,0121	-0,0233	2,8511	0,8281
0,16	1,9966	-0,0389	3,8741	1,8511
0,20	1,9867	-0,0488	4,1664	2,1434

8. Narysowano wykresy (
   ) = f(w₂) oraz (
   ) = f(w₂) i wyznaczono wartości współczynników kierunkowych stycznych dle w₂ = 0.

Współczynniki kierunkowych stycznych wynoszą:

dla zależności (
) = f(w₂): a = 11,691

(
) = f(w₂): b = -0,2226

9. Obliczono moment dipolowy acetonu i porównano go z wartością tablicową. Wykorzystano wzór:

_dośw = 2,85 D

_teor = 2,76 D

1. Podsumowanie:

Podczas wykonywania ćwiczenia mierzono współczynnik załamania światła kilku cieczy organicznych, by na jego podstawie wyznaczyć refrakcję molowe i dokonać identyfikacji nieznanej cieczy organicznej. Pomimo zbliżonych wartości doświadczalnych i tablicowych nie udało się ze stuprocentową pewnością stwierdzić struktury związku, ponieważ różnice pomiędzy refrakcjami kolejnych związków były niewielkie.

Celem było też wyznaczenie składy procentowego mieszaniny związków organicznych i wyznaczenie momentu dipolowego acetonu. Wyznaczony doświadczalnie moment dipolowy jest zbliżony do wartości tablicowej, a różnice mogą być spowodowane niedokładnym sporządzeniem roztworów oraz błędnym wyznaczeniem współczynników n_D badanych substancji (błąd odczytu, błąd paralaksy).

- 1 -

---