Nr ćwicz. 2 Data ćwicz.	Politechnika Radomska im. Kazimierza Pułaskiego Wydział MiTO w RADOMIU ..........sem....... LABORATORIUM z CHEMII FIZYCZNEJ Rok akademicki ..........................
Paweł Wachowicz Sobiesław Zasada	Temat ćwiczenia Wyznaczanie współczynnika załamania roztworów. Refrakcja roztworów.
Nr grupy ćwiczeniowej .....................................	Sprawozdanie oddano dnia OCENA Prowadzący 26.03.2001r. ........................................ .............................

I Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem załamywania się fal świetlnych, oraz z metodą jego pomiaru.

II Część teoretyczna

Wielkości addytywne, są to takie wielkości, które można rozłożyć na składowe przypisane poszczególnym atomom, wiązaniom, czy zespołom atomowym.

Do typowych wielkości addytywnych należy refrakcja. Wynika stąd, że jej wielkość molowa może być rozłożona na stałe udziały atomowe. Wzór, z którego możemy obliczyć refrakcję ma postać:

Z powyższego równania wynika, że refrakcja ma wymiar objętości, a jej wartości są rzędu objętości molowej związku. Określa ona tą objętość, którą zajmują w przestrzeni cząsteczki jednego mola. Znajomość refrakcji jest potrzebna przy wyznaczaniu momentów dipolowych, oprócz tego może służyć do wyznaczania średnich polaryzowalności cząsteczkowych lub do wyznaczania objętości cząsteczkowych.

Efekt Kerra, polega na tym, że ośrodek, który optycznie jest izotropowy i posiada współczynnik załamania światła n, staje się pod wpływem silnego pola elektrycznego ośrodkiem anizotropowym. Współczynnik załamania dla światła o kierunku rozchodzenia się równoległym n_r, do kierunku przyłożonego pola elektrycznego, jest inny od współczynnika załamania światła o kierunku biegu drgań prostopadłym n_p. Aby obliczyć względną różnicę wartości współczynników załamania światła, należy skorzystać ze wzoru:

gdzie:

K - stała Kerra

E - natężenie pola elektrycznego.

Zjawisko Kerra występuje zarówno w ośrodkach polarnych, jak i takich, których cząsteczki są niepolarne, lecz wykazują anizotropową polaryzowalność w polu elektrycznym. Dla substancji niepolarnych ustawienie cząsteczek w polu elektrycznym jest takie, że n_r > n_p i K > 0. Jeżeli cząsteczki badanej substancji są polarne, to K może być większe lub mniejsze od zera.

Zjawisko Kerra zanika po wyłączeniu pola elektrycznego po czasie 10^-10 sekundy. Efekt ten ma zastosowanie przy badaniu struktury cząsteczek. W technice komórki Kerra wypełnione cieczą o dużej wartości K, stanowiące wypełnienie kondensatora, służą do modulowania światła.

Ważną stałą charakteryzującą poszczególne substancje jest refrakcja molowa, w przypadku związków o wiązaniach kowalencyjnych jest wielkością addytywną, tak że można ją przedstawić w postaci sumy refrakcji atomowych, odpowiadających poszczególnym atomom w cząsteczce. Refrakcja molowa zależy jednak również od struktury cząsteczki, dlatego też nie można dodawać do siebie wprost refrakcji atomowych poszczególnych wolnych atomów, lecz należy uwzględnić przy tym typ wiązania. Z wyznaczonych empirycznie wartości refrakcji molowych można wysunąć wnioski o strukturze badanego związku.

Wiązania podwójne i potrójne zwiększają refrakcję molową. Elektrony, biorąc udział w tych wiązaniach, są bowiem słabiej związane i dzięki temu łatwiej ulegają polaryzacji.

Występowanie większej liczby wiązań podwójnych i potrójnych w cząsteczce może być przyczyną zwiększenia refrakcji molowej, zwanego egzaltacją optyczną. Odwrotny przypadek nazywamy depresją optyczną. Oba te zjawiska są związane z układem wiązań w cząsteczce. Związki o prostym łańcuchu typu polienowego charakteryzują się większymi egzaltacjami. Bardzo małe egzaltacje wywołują połączenia o skumulowanych wiązaniach podwójnych. Natomiast optyczną depresję wywołują wiązania skoniugowane w układach pierścieniowych. Benzen wykazuje depresję E = - 0,16 cm³/mol, wynikającą stąd, że w przypadku benzenowego nie mamy do czynienia z układem wiązań skoniugowynych, lecz ze stanem mezomerycznym.

Podstawową wielkością, którą można zmierzyć, charakteryzującą rozkład ładunku w cząsteczce, jest odległość między środkiem ciężkości ładunku ujemnego, a środkiem ciężkości ładunku dodatniego. Miarą tej asymetrii jest moment dipolowy cząsteczki. Moment dipolowy ma określoną wartość i określony kierunek, jest więc wartością wektorową. Niezależnie od momentu dipolowego spowodowanego niesymetrycznym rozkładem ładunków, możliwa jest deformacja rozkładu elektronowego zachodząca pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. Miarą wpływu przyłożonego pola na polaryzację cząsteczki jest jej polaryzowalność, liczbowo równa momentowi dipolowemu wzbudzonemu przez pole elektryczne o natężeniu jednostkowym.

Zależność między polaryzowalnością a stałą dielektryczną dla jednego mola substancji podaje wzór Clausiusa - Mosottiego na polaryzowalność molową :

gdzie: d - gęstość

M - masa molowa

N_A - liczba Avogadra

Wzór Lorentza - Lorenza na refrakcję molową

Przyrządem służącym do badania załamywania światła jest refraktometr Abbego. Przyrząd ten w najprostszym wykonaniu składa się z dwóch pryzmatów, zwykle ze szkła o znacznym współczynniku załamania. Między te pryzmaty wprowadza się warstwę badanej cieczy, której współczynnik n powinien być mniejszy od współczynnika załamania szkła. Na płaską, równoległą warstwę badanej cieczy padają pod różnymi kątami promienie wychodzące z oświetlonego pryzmatu pierwszego. Część z tych promieni ulega całkowitemu odbiciu od powierzchni cieczy, część zaś przechodzi dalej przez załamujący pryzmat drugi i opuszcza go z zachowaniem kierunku padania na pryzmat pierwszy. Wszystkie promienie padające pod kątem większym niż kąt graniczny ulegają całkowitemu odbiciu. Dzięki temu pole widzenia lunetki znajdującej się na rotatorze, podzielone jest na dwie części oddzielone od siebie ostrą linią graniczną pod warunkiem użycia do badań światła monochromatycznego.

III Wykonanie ćwiczenia

W probówkach zaopatrzonych w korki należy przygotować roztwory wzorcowe o składach objętościowych:

1. 100% C₆H₆ -

2. 85% C₆H₆ 15% CH₃COOH

3. 70% C₆H₆ 30% CH₃COOH

4. 50% C₆H₆ 50% CH₃COOH

5. 30% C₆H₆ 70% CH₃COOH

6. 15% C₆H₆ 85% CH₃COOH

7. - 100% CH₃COOH

Za pomocą refraktometru wyznaczyć współczynnik załamania światła roztworów wzorcowych i otrzymanej próbki.

IV Wyniki

Lp.	Skład mieszaniny w % obj.	Współczynnik załamania n	Średni współczynnik załamania n
1.	100% C6H6	1,6984 1,6966 1,6955	1,6968
2.	85% C6H6 i 15% CH3COOH	1,6988 1,6989 1,6988	1,6988
3.	70% C6H6 i 30% CH3COOH	1,6961 1,6951 1,6945	1,6952
4.	50% C6H6 i 50% CH3COOH	1,6943 1,6934 1,6932	1,6936
5.	30% C6H6 i 70%CH3COOH	1,6968 1,6967 1,6966	1,6967
6.	15%C6H6 i 85% CH3COOH	1,6971 1,6972 1,6958	1,6967
7.	100% CH3COOH	1,6977 1,6984 1,6972	1,6977
Próbka

Szukasz gotowej pracy ?

To pewna droga do poważnych kłopotów.

Plagiat jest przestępstwem !

Nie ryzykuj ! Nie warto !

Powierz swoje sprawy profesjonalistom.

---