Jarosław Masełko

Ćwiczenie nr.12

III rok chemii inf

Refrakcja molowa a budowa związku chemicznego.

Celem ćwiczenia jest wykorzystanie refrakcji molowej do wyznaczenia wzoru strukturalnego związku chemicznego oraz nieznanego stężenia roztworu.

Posługując się zasadą Fermata otrzymujemy związek:

sinα₁ = sinα₂

zatem

α₁ = α₂

Jest to prawo odbicia, które wyrażamy słowami:

Kąt padania jest równy kątowi odbicia.

Zgodnie z prawem Sneliusa, dla danej pary ośrodków stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest wielkością stałą, zwaną współczynnikiem załamania światła, lub współczynnikiem refrakcji, i równą stosunkowi prędkości rozchodzenia się światła w tych ośrodkach. Prawo to opisuje równanie:

= n =

gdzie: α- kąt padania

β- kąt załamania

c₁ - prędkość rozchodzenia się światła w ośrodku 1

c₂ - prędkość rozchodzenia się światła w ośrodku 2

Bezwzględny współczynnik załamania światła jest to współczynnik załamania danego ośrodka wyznaczany względem próżni.

Zgodnie z równaniem Lorentza - Lorentza, daną substancję chemiczną charakteryzuje refrakcja właściwa r_w oraz refrakcja molowa R:

r_w =

R =

gdzie: n- współczynnik załamania światła

M - Masa molowa

d - gęstość badanej substancji

Refrakcja molowa jest addytywna, tzn. jest sumą refrakcji molowych wiązań, atomów, grup atomów.

R_roztw. = Σn_iR_a + Σn_iR_w

gdzie: n_i jest liczgą określonych atomów lub wiązań w cząsteczce.

Refrakcję można wyznaczyć doświadczalnie poprzez pomiar współczynnika załamania światła lub można ją obliczyć, gdy znana jest budowa związku. Jednostką refrakcji jest m³/mol .

Obliczenia .

1. Wyznaczanie wzoru strukturalnego dioksanu.

gęstość dioksanu d= 1.033 g/cm³

masa molowa dioksanu M= 88,11 g/mol

współczynnik załamania światła n = 1,4176

R =
=
=
= 21,4768 * 10 m/mol

Mając dany wzór sumaryczny dioksanu (C₄H₈O₂) obliczamy wartość refrakcji dla kilku izomerycznych struktur. Dla każdej z powyższych cząsteczek obliczamy wartość refrakcji dwukrotnie - podstawiając wartość refrakcji atomów i refrakcji wiązań1.

H H H O

H - C - C - C - C <

H H H O - H

4٠R_C + R_H + R₌₀ + R _{- o} = 9,672 + 8,8 + 2,211 + 1,525 = 22,208٠ 10⁶ m³/mol

Σ R_W = 7٠ R_C-H + 3٠ R_{C - C} + R_C=O + R_{C - O} + R_OH = 11,76 + 3,898 + 3,32 + 1,54 + 1,8

= 22,318 ٠ 10 ⁶ m³/mol

R =
22,263 ٠ 10 ⁶ m³/mol

2.

H O

H - C - C H H

H O - C - C - H

H H

ΣR_a = 4٠R_C +8٠ R_H + R_=o +R _{- 0 -} = 9,672+8,8+2,211+1,525 = 22,208٠10^-6m³/mol

ΣR_w = 8٠R_{C - H} +2٠R_{C - C} +R_C=O = 13,44+2,592+3,32+3,08 = 22,432٠10^-6 m³/mol

R=
22,32٠10⁶ m³/mol

3.

H H H O

H - C - C - O - C - C

H H H H

ΣR_a = 4٠R_C +8٠ R_H + R_=o +R _{- 0 -} = 9,672+8,8+2,211+1,525 = 22,208٠10⁶m³/mol

ΣR_w= 8 · R_{C - H} +2·R_{C - C} + 2·R_{C - O} = 13,44+2,592+ 3.32 = 19,352·10⁶ m³/mol

R =
= 20,78 ·10⁶ m³/mol

4.

O

H H

C C

H H

C C

H H

H O H

ΣR = 4·R_C +8·R_H +2·R_>O = 21,758·10⁶ m³/mol

ΣR_w = 8 · R_{C - H} + 8 · R_{C - H} +4·R_{C - O} = 2,592+13,44+6,16 =22,192·10⁶ m³/mol

R =
= 21,975·10⁶ m³/mol

C(%wag)	X1	N	nśr
5	0,516	1,339	1,339
					1,339
					1,339
		10		1,033	1,343	1,344
					1,346
					1,345
		15		1,549	1,349	1,347
					1,349
					1,345
		20		2,066	1,354	1,355
					1,354
					1,353
		Woda 0		0	1,334	1,335
					1,336
					1,336
		Cx			1,340	1,341
					1,342
					1,341
		Dioksan		1	1,442	1,441
					1,441
					1,440

Dane przedstawiłem na wykresie nr.1

Obliczam ułamki molowe.

Dla roztworu 1.

Obliczam ilość wody

V_H2O = 10 cm³ - 0,5 cm³ = 9,5 cm³

stąd: m _H2O = 9,5 g

obliczam liczbę moli:

n _H2O =
= 0,52778 mol

obliczam ilość dioksanu

1 cm³ - 1,033 g

0,5 cm³ - m_d

m_d = 0,5165 g

1mol - 88,11 gl

n - 0,5165 g

n = 0,005862 mol

ułamek molowy

X₀ =
=
= 0,010985

Dla roztworu 2.

Ilość wody: m _H2O = 9,0 g

Liczba moli: n _H2O = 0,5 mol

Ilość dioksanu: 1 cm³ - 1,033 g

1 cm³ - m_d

m_d = 1,033 g

1mol - 88,11 g

n - 1,033 g

n = 0,0117mol

X₁ =
=
= 0,022865

Dla roztworu 3.

Ilość wody: m _H2O = 8,5 g

Liczba moli: n _H2O = 0,472 mol

Ilość dioksanu: 1 cm³ - 1,033 g

1,5 cm³ - m_d

m_d = 1,5495 g

1mol - 88,11 g

n - 1,5495 g

n = 0,017561mol

X₂ =
=
= 0,035871

Dla roztworu 4.

Ilość wody: m _H2O = 8 g

Liczba moli: n _H2O = 0,4444 mol

Ilość dioksanu: 1 cm³ - 1,033 g

2 cm³ - m_d

m_d = 2,066 g

1mol - 88,11 g

n - 2,066 g

n = 0,02348 mol

X₃ =
=
= 0,05018

Stężenie	n
0	1,3327
5	1,3373
10	1,3427
15	1,347
20	1,3523
11,5	1,341
WYKRES 1

Cx = (1,3441-1,3326)/0,001=11,5

Przedstawiłem na wykresie.2

x-uł mol	n-śred
0	1,335
0,0199	1,339
0,2287	1,344
0,0358	1,347
0,5018	1,355
1	1,441
WYKRES 2

Na podstawie wyników zawartych w poniższej tabeli wykreślam krzywą kalibracyjną jako funkcję n = f(x_i)

Metodą najmniejszych kwadratów wyznaczyłem równanie prostej n_i = ax_i + b i otrzymałem:

a = 0,0303

b = 1,3392

n_i = 0,001·x_i + 1,3326

Przedstawiłem na wykresie.2 krzywą kalibracyjną

Na jej podstawie wyliczyłem stężenie niewiadome

Cx = (1,3441-1,3326)/0,001=11,5

WNIOSKI

DIOKSAN MA BUDOWĘ PIERŚCIENIOWĄ - WZÓR NR. 4

Stężenie niewiadome wynosi 11,5%