nr. ćwiczenia: 5	temat ćwiczenia: Refraktometria
imię i nazwisko:		nr. zespołu:		Wydział: WTiICH Technologia chemiczna
data:	ocena:		podpis:

1. Cel ćwiczenia

• Wyznaczanie refrakcji grup funkcyjnych z pomiarów współczynnika załamania światła niżej wymienionych alkoholi:

• metylowy

• n-propylowy

• izopropylowy

• n-butylowy

• n-amylowy

• n-heksylowy

• benzylowy

• glikol etylenowy

• Określenie wzoru strukturalnego związku o wzorze sumarycznym C₄H₈O₂.

2. Przebieg pomiarów

Dla każdego z podanego zestawu alkoholi bada się współczynnik załamania światła w temperaturze pokojowej przy użyciu refraktometru Abbego. Zakres pomiarów współczynników mieści się w granicach 1,300-1,700 z dokładnością 1-2×10^-4 i podziałką skali do 0,001. Zasadniczymi częściami refraktometru są: ogrzewana budowa pryzmatyczna w skład której wchodzi pryzmat oświetlający, luneta do obserwacji linii granicznej pola jasnego i ciemnego z wbudowanym układem pryzmatów Amiciego do znoszenia barwnej lini rozdzielającej pola pomiarów dyspersji średniej oraz mikroskop odczytowy ze skalą pomiarową.

Kolejne próbki nanosi się pipetą, którą należy każdorazowo po użyciu przemyć alkoholem metylowym i wysuszyć.

W celu wyznaczenia wzoru strukturalnego badanej substancji organicznej o wzorze sumarycznym C₄H₈O₂ należy określić jej gęstość metodą piknometryczną oraz współczynnik załamania światła.

4. Sprawdzanie refraktometru

Na początku sprawdziłem czystość dolnej przezroczystej płytki i płytki górnej. Stwierdzone zanieczyszczenia usuwam szmatką i spłukuje woda destylowaną, po przechyleniu refraktometru. Na dolną płytkę nanoszę szklaną bagietką ok. 0,5cm³ wody destylowanej. Następnie ustawiam przyrząd do światła i patrząc przez okular, dolnym metalicznym lusterkiem oświetlam matówkę ze skrzyżowanymi liniami. Obracając pokrętłem umieszczonym z prawej strony przyrządu oświetlam zieloną skalę widoczną przez okular pod matówką. Obracając prawe pokrętło ustawiam ostrość i lewym pokrętłem poziomej granicy cienia ustawiam ostrą granice na skrzyżowaniu lini na matówce. Skala zielona w 20°C powinna wskazywać wartość 1,333 która odpowiada współczynnikowi załamania światła woda-powietrze.

3. Opracowanie wyników

• Zależność pomiędzy współczynnikiem załamania światła, a gęstością i masą molową określa tzw. refrakcja molowa. Współczynnik załamania światła jest wielkością niemianowaną natomiast R_M wyraża się w cm³/mol.

Refrakcję molową poszczególnych alkoholi obliczamy z poniższego równania:

gdzie: M- masa cząsteczkowa

d- gęstość

np. dla alkoholu metylowego:

Analogicznie refrakcje molową obliczam dla pozostałych alkoholi a wyniki zestawiam w poniższej tabeli:

ALKOHOLE	WZÓR SUMARYCZNY	WSPÓŁCZYNNIK ZAŁAMANIA ŚWIATŁA	MASA CZĄST.	GĘSTOŚĆ	REFRAKCJA MOLOWA
metylowy	CH3OH	1,3300	32,04	0,7866	8,3176
n-propylowy	CH3CH2 CH2 OH	1,3850	60,097	0,7995	17,6189
izopropylowy	CH3CHOHCH3	1,3770	60,097	0,7810	17,6990
n-butylowy	CH3 CH2 CH2 CH2OH	1,3971	74,124	0,8098	22,0493
n-amylowy	CH3(CH2)3CH2OH	1,4002	88,15	0,8151	26,3456
n-heksylowy	CH3(CH2)4CH2OH	1,4170	102,18	0,8155	31,5106
benzylowy	C6H5CH2OH	1,5380	108,14	1,042	32,4468
glikol etylowy	HOCH2CH2OH	1,4244	62,07	1,110	14,2807
próba	-------	1,4100	88,10	1,0187	21,4270

• Na podstawie znajomości R oraz wzorów cząsteczkowych poszczególnych alkoholi obliczamy refrakcję molową grup -CH₂-, -C-H, -OH, -O- (w grupie OH), pierścienia aromatycznego (benzenowego), oraz wiązania podwójnego pierścienia benzenu.

Ważną własnością refrakcji molowej jest jej addytywność. Mianowicie refrakcja molowa związku może być obliczona na podstawie znajomości wzoru i struktury cząsteczki, jako suma odpowiednich udziałów refrakcji atomów i inkrementów uwzględniających wielokrotne wiązania i pierścienie. Kilka takich wartości udziałów w cm³ podaje poniższa tabela:

C	2,591
H	1,028
-CH-	3,619
-CH2-	4,647
-CH3-	5,653
OH	2,646
-O- (gr.hydroks.)	1,967
C=C	1,575
sześcioczłonowy pierścień węglowy	-0,15

Tab. Wartości udziałów atomów i wiązań w refrakcji molowej

Każdy swój typ wiązania wnosi swój udział liczbowy do refrakcji molowej. Dlatego mierząc refrakcję molową bezpośrednio całej cząsteczki i porównując otrzymany wynik z wartością obliczoną teoretycznie na podstawie danych z odpowiednich tabel, można wyciągnąć wnioski dotyczące budowy cząsteczki danej substancji.

• Łatwość oznaczenia współczynnika załamania światła powoduje, że refrakcje molową stosuje się do charakterystyki danego związku, do oznaczania jego czystości oraz oznaczania jego stężenia w mieszaninie.

Cząsteczki o podwójnych wiązaniach sprzężonych wykazują podwyższoną wartość refrakcji tzw. egzaltację, podwyższonej polaryzowalności zdelokalizowanych elektronów. Oznaczone doświadczalnie wartości refrakcji molowej są większe od obliczonych przez sumowanie udziałów.

Przykładowo w tabeli przedstawiliśmy porównanie wyników refrakcji molowych wybranych alkoholi wyznaczonych doświadczalnie oraz obliczonych przez sumowanie udziałów składowych atomów i ich ugrupowań:

ALKOHOLE	WZÓR SUMARYCZNY	REFRAKCJA MOLOWA OZNACZCONA DOŚWIADCZALNIE	REFRAKCJA MOLOWA OBLICZONA PRZEZ SUMOWANIE UDZIAŁÓW
metylowy	CH3OH	8,3176	8,2990
n-propylowy	CH3CH2 CH2 OH	17,6189	17,5870
n-butylowy	CH3 CH2 CH2 CH2OH	22,0493	22,24

Zgodność uzyskanych wartości (możliwy błąd w granicach kilku cm³ na mol) przemawia za słusznością przyjętego wzoru strukturalnego.

• Gęstość badanej substancji d obliczyłem ze wzoru:

gdzie: m- masa badanej substancji w piknometrze

m_w- masa wody w piknometrze

m_o- masa próżnego piknometru

d_w- gęstość wody w temperaturze pomiaru

• Na podstawie wyznaczonej gęstości i współczynnika załamania światła badanej substancji organicznej o wzorze sumarycznym C₄H₈O₂ obliczyliśmy refrakcję molową z równania:

• Na podstawie danych literaturowych obliczyliśmy addytywnie refrakcję molową dla niżej wymienionych związków o składzie sumarycznym:

• W poniższej tabeli porównałem wartość refrakcji i gęstości badanej substancji znalezione doświadczalnie z wartościami refrakcji obliczonymi na zasadzie addytywności wiązań i atomów dla wymienionych izomerów strukturalnych i gęstości znalezionych w tablicach.

	REFRAKCJA MOLOWA	GĘSTOŚĆ
OCTAN ETYLU	22.153	0.8945
KWAS MASŁOWY	22,169	0,943
DIOXAN	22,116	1,035
PRÓBA	21,427	1,0187

1

---