ĆWICZENIE 5 : REFRAKCJA

WSTĘP

Ważne informacje o budowie cząsteczek można uzyskać badając wzajemne oddziaływanie materii obdarzonej masą spoczynkową i promieniowania elektromagnetycznego , szczególnie zjawisko załamania światła.

Promienie świetlne rozchodzące się w próżni z prędkością c mają w ośrodku gęstszym mniejszą prędkość c'. Stosunek tych prędkości jest równy współczynnikowi załamania światła ( zgodnie z III prawem Snelliusa )

(1)

Współczynnik załamania światła zależy od długości fali światła . wiąże się to z dyspersją światła. Stwierdza się wzrost tego współczynnika w miarę stosowania coraz krótszych długości fal. W warunkach laboratoryjnych do pomiaru współczynnika załamania światła gazów , cieczy i ciał stałych stosuje się najczęściej światło o długości fali D = 589,3 nm widma sodowego i zaznacza się to symbolem n_D.

Współczynnik załamania światła zależy od temperatury. Dla ciekłych związków organicznych wzrost temperatury o 1°C wywołuje na ogół zmniejszenie wartości współczynnika załamania n o 3,5⋅10^-4 do 5,5⋅10^-4. Dla niektórych cieczy obserwuje się w pobliżu temperatury wrzenia zmniejszenie wartości n dochodzące do 7⋅10^-4. Dla każdej substancji można określić tzw. współczynnik temperaturowy dn/dt.

Wpływ ciśnienia na wartość współczynnika załamania n dla cieczy i substancji stałych jest niewielki. Wzrost ciśnienia o 1atm. zwiększa wartość n zaledwie o ok. 3⋅10^-5. Zależność ta ma większe znaczenie dla gazów , gdzie wartość bezwzględnego współczynnika załamania n_g wyrażony jest wzorem :

(2)

Zależność pomiędzy współczynnikiem załamania światła a gęstością i masą molową określa tzw. refrakcja właściwa r_w i refrakcja molowa R_M

(3)

(4)

gdzie M - mas cząsteczkowa , d - gęstość.

Współczynnik załamania światła jest wielkością niemianowaną natomiast R_M wyraża się w cm³/mol. Refrakcja molowa związków chemicznych jest wielkością addytywną tzn. że refrakcję molową związku można otrzymać przez zsumowanie refrakcji przypisywanych poszczególnym atomom , grupom atomów i charakterystycznym typom wiązań występujących w danej cząsteczce :

R_M = ∑R_i (5)

gdzie : R_i jest refrakcją poszczególnych atomów , ugrupowań atomowych lub wiązań danej cząsteczki. Każdy typ wiązań 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.

OPRACOWANIE WYNIKÓW

1.1. Wszystkie wielkości , które odczytaliśmy z „Poradnika fizykochemicznego” oraz odczytany na refraktometrze Abbego współczynnik załamania światła umieszczamy w tabeli:

L.p.	Alkohol	Wzór	n	M	d	RM z poradnika
1	alkohol metylowy	CH3OH	1,33	32,04	0,7915	8,2857
2	alkohol n-propylowy	C3H8O	1,38332	60,03	0,8043	17,5393
3	alkohol izopropylowy	C3H8O	1,37727	60,03	0,9408	14,6864
4	alkohol n-butylowy	CH3(CH2)3OH	1,39838	74,12	0,8104	22,1528
5	alkohol n-amylowy	C5H12O	1,40242	88,05	0,8136	26,5136
6	alkohol n-heksylowy	C6H13OH	1,41649	102,18	0,8205	31,3964
7	alkohol benzylowy	C6H5CH2OH	1,538	108,14	1,0453	32,4438
8	glikol etylenowy	C2H6O2	1,42854	62,07	1,1131	14,3816

Zrównania (4) obliczamy refrakcję molową cieczy :

• alkohol metylowy R_M =

---