Robert Maniura

Sprawozdanie z ćwiczenia nr B-7: Refrakcja.

1. Wstęp teoretyczny:

W szybkozmiennych polach o częstościach 10¹⁴ Hz, co odpowiada falom promieniowania widzialnego, atomy tworzące szkielet cząsteczki są już zbyt bezwładne, by przesuwać się przy zmianach kierunku pola. Przy tak wysokich częstościach zanika, więc nie tylko polaryzacja orientacyjna, ale i część indukowanej, a polaryzowalność molowa jest wówczas ograniczona wyłącznie do polaryzowalności elektronowej P_e.

W obszarze częstości optycznych nie jest oczywiście możliwe wyznaczanie stałej dielektrycznej  przez pomiar pojemności kondensatorów. Mierzy się natomiast dla badanego ośrodka współczynnik załamania n_D monochromatycznego światła o częstości  i stąd otrzymuje wartość  odpowiadającą tej częstości, na mocy zależności:  = n² wynikającej z teorii fal elektromagnetycznych Maxwella.

Wobec tego, że przy częstościach fal świetlnych zachodzą tylko przesunięcia elektronów w cząsteczkach, można obliczyć molową polaryzowalność elektronową P_e wyznaczając doświadczalnie wielkość wprowadzoną przez L. Lorenza i H. A. Lorentza zwaną refrakcją molową ( R ):

Ponieważ jednak n_D jest funkcją częstości promieniowania , więc wartość R zależy też od . Chcąc dokładnie obliczyć P_e należy ekstrapolować wartość n_D lub R wyznaczone zwykle przy użyciu światła widzialnego, do wartości odpowiadających  = 0:

Ekstrapolowaną wartość R oblicza się na podstawie wzorów wynikających z teorii dyspersji, bądź uzyskuje na podstawie graficznej ekstrapolacji wartości n_D zmierzonych dla różnych długości fal. Jednakże w wielu przypadkach rezygnuje się z dość uciążliwej ekstrapolacji, która zmienia wartość R stosunkowo niewiele i przyjmuje się P_e = R, gdzie R obliczone jest na podstawie wartości n_D wyznaczonej dla wybranej długości fali światła widzialnego (najczęściej dla promieniowania linii D widma atomów sodu n_D).

2. Opracowanie wyników:

Obliczam refrakcje molowe i refrakcje właściwe na podstawie uzyskanych wyników, dla obliczenia refrakcji molowej korzystam ze wzoru:
gdzie: n - współczynnik załamania światła; M - masa molowa; d - gęstość; dla obliczenia refrakcji właściwej korzystam ze wzoru:

dla temperatury 25^oC

	Woda	Cykloheksanol	Gliceryna	Cykloheksanol
Średni współczynnik załamania światła	1,3371	1,4275	1,4588	1,4677
Gęstość [g/cm^3] (tablicowa)	0,99704	0,774	1,258	0,968
Masa molowa [g/mol]	18,02	84,16	92,09	100,16
Refrakcja molowa [cm^3/mol]	3,7588	27,9448	20,0029	28,7461
Refrakcja właściwa [cm^3/g]	0,2086	0,3320	0,2172	0,2870

dla temperatury 30^oC

	Woda	Cykloheksanol	Gliceryna	Cykloheksanol
Średni współczynnik załamania światła	1,3370	1,4278	1,4586	1,4672
Gęstość [g/cm^3] (tablicowa)	0,99565	0,76837	1,25500	0,96453
Masa molowa [g/mol]	18,02	84,16	92,09	100,16
Refrakcja molowa [cm^3/mol]	3,7631	28,1674	20,0453	28,8242
Refrakcja właściwa [cm^3/g]	0,2088	0,3347	0,2177	0,2878

dla temperatury 35^oC

	Woda	Cykloheksanol	Gliceryna	Cykloheksanol
Średni współczynnik załamania światła	1,3370	1,4259	1,4585	1,4655
Gęstość [g/cm^3] (tablicowa)	0,99406	0,76346	1,25201	0,96103
Masa molowa [g/mol]	18,02	84,16	92,09	100,16
Refrakcja molowa [cm^3/mol]	3,7697	28,2365	20,0902	28,8369
Refrakcja właściwa [cm^3/g]	0,2092	0,3355	0,2182	0,2879

Zestawienie uzyskanych wyników obliczeń:

Temperatura [^oC]	Refrakcja molowa wody (eksp.) [cm^3/mol]	Refrakcja molowa wody (tab.) [cm^3/mol]	Błąd procentowy	Refrakcja właściwa wody (eksp.) [cm^3/g]	Refrakcja właściwa wody (tab.) [cm^3/g]	Błąd procentowy
25	3,7588	3,7127	1,24	0,2086	0,2060	1,24
30	3,7631	3,7119	1,38	0,2088	0,2060	1,38
35	3,7697	3,7135	1,52	0,2092	0,2061	1,52

Temperatura [^oC]	Refrakcja molowa cyklo-heksanu (eksp.) [cm^3/mol]	Refrakcja molowa cyklo-heksanu (tab.) [cm^3/mol]	Błąd procentowy	Refrakcja właściwa cyklo-heksanu (eksp.) [cm^3/g]	Refrakcja właściwa cyklo-heksanu (tab.) [cm^3/g]	Błąd procentowy
25	27,9448	27,7233	0,80	0,3320	0,3294	0,80
30	28,1674	27,7693	1,43	0,3347	0,3300	1,43
35	28,2365	27,7895	1,61	0,3355	0,3302	1,61

Temperatura [^oC]	Refrakcja molowa gliceryny (eksp.) [cm^3/mol]	Refrakcja molowa gliceryny (tab.) [cm^3/mol]	Błąd procentowy	Refrakcja właściwa gliceryny (eksp.) [cm^3/g]	Refrakcja właściwa gliceryny (tab.) [cm^3/g]	Błąd procentowy
25	20,0029	20,5543	-2,68	0,2172	0,2232	-2,68
30	20,0453	20,5467	-2,44	0,2177	0,2231	-2,44
35	20,0902	20,5589	-2,28	0,2182	0,2232	-2,28

Temperatura [^oC]	Refrakcja molowa cyklohe-ksanolu (eksp.) [cm^3/mol]	Refrakcja molowa cyklohe-ksanolu (tab.) [cm^3/mol]	Błąd procentowy	Refrakcja właściwa cyklohe-ksanolu (eksp.) [cm^3/g]	Refrakcja właściwa cyklohe-ksanolu (tab.) [cm^3/g]	Błąd procentowy
25	28,7461	28,5924	0,54	0,2870	0,2855	0,54
30	28,8242	28,5316	1,03	0,2878	0,2849	1,03
35	28,8369	28,4735	1,28	0,2879	0,2843	1,28

4. Wnioski:

Rozbieżności pomiędzy wartościami teoretycznymi refrakcji molowej i właściwej a wartościami wyznaczonymi doświadczalnie mogły powstać na skutek niedokładności odczytu współczynnika światła na refraktometrze, jak również z powodu szybkiego odparowywania cieczy z pryzmatu refraktometru. Uzyskane w doświadczeniu wyniki nie różnią się znacznie od danych tablicowych, co świadczy o słuszności zastosowanej metodyki pomiarowej.

3

---