Molar repraksyon. Pagpapasiya ng molekular repraksyon ng mga organikong compound Molecular repraksyon

Tinatawag din ang electronic polarization molar (o molar) repraksyon at tinutukoy ng titik R.

Kaya, sa sapat na mataas na frequency para sa hindi polar mga sangkap molar repraksyon maaaring matukoy ng formula:

Ang pagbabago sa bilis ng liwanag kapag lumilipat mula sa isang daluyan patungo sa isa pa ay nauugnay sa pakikipag-ugnayan ng liwanag sa mga electron ng mga molekula. Samakatuwid, ang refractive index n nauugnay sa elektronikong polariseysyon R.

Batay sa electromagnetic theory ng liwanag, pinatunayan ni Maxwell na para sa mga transparent na non-polar substance ay may kaugnayan:

kung saan ang n ¥ ay ang refractive index ng isang substance sa isang walang katapusang wavelength, l ® ¥.

Ipalit natin ang kaugnayan ni Maxwell sa formula (4.21). Nakukuha namin ang sumusunod na equation

R= (4.23)

Dahil R = P el = ,

yun (4.24)

Ang relasyon (4.24) ay tinatawag na Lorentz–Lorentz formula. Iniuugnay nito ang refractive index ng isang substance n na may electronic polarizability a mga particle ng bumubuo nito. Ang formula (4.24) ay nakuha noong 1880 ng Dutch physicist na si H.A. Lorentz at, hiwalay sa kanya, ang Danish physicist na si L. Lorentz. Ang formula (4.23) ay maginhawang gamitin para sa mga purong sangkap.

Repraktibo index n depende sa wavelength ayon sa Cauchy formula:

n l = n ¥ + a/l 2 ,

kung saan ang a ay ilang empirical constant.

Dahil dito, ang repraksyon ay isang function din ng wavelength, i.e. R = f(l).

Karaniwan, upang matukoy ang repraksyon, sapat na gamitin ang refractive index na naaayon sa nakikitang rehiyon ng spectrum. Ang dilaw na linya sa sodium spectrum ay pinili bilang pamantayan (para sa isang mas tumpak na pagpapasiya ng refractive index, ang isang sodium lamp ay ginagamit bilang isang pinagmumulan ng liwanag). Ang wavelength na tumutugma sa dilaw na linya Na, l D = 5893 A 0 = 589.3 nm. Repraktibo index nang naaayon nD.

Para sa mga nonpolar substance, ang n mahina ay nakasalalay sa frequency (o wavelength).

Halimbawa, para sa benzene A

Para sa mga polar substance, ang relasyon ni Maxwell ay hindi humahawak. Oo, para sa tubig A .

Kung ang molekula ay tinatayang itinuturing bilang isang globo ng radius r, pagkatapos ay a » r 3,

at R = , (4.25)

mga. molar repraksyon R ay katumbas ng dami ng lahat ng mga molekula, na nakapaloob sa isang nunal ng isang substance, at nagpapakilala sa polarizability ng lahat ng mga electron na nasa 1 mole ng isang substance. Ito ay pisikal na kahulugan ng repraksyon.

Dimensyon [R] = m 3 (sa SI system), [R] = cm 3 (sa GHS system).

Molar repraksyon R ay may isang bilang ng mga katangian, salamat sa kung saan ito ay malawakang ginagamit sa paglutas ng mga isyu na may kaugnayan sa istraktura ng bagay.

Isaalang-alang natin ang mga katangian ng repraksyon.

1. Ang repraksyon ay halos hindi nakasalalay sa estado ng pagsasama-sama, temperatura, presyon. Samakatuwid, maaari itong ituring na ilan pare-pareho katangian ng isang ibinigay na sangkap.

2. Ang repraksyon ng molar ay ang dami pandagdag . Ang pag-aari na ito ay ipinakita sa katotohanan na ang repraksyon ng isang molekula ay binubuo ng mga repraksyon ng mga ion, mga atomo, mga grupong atomiko, at mga indibidwal na bono.

Kaya, ang molar refraction ng isang substance ay maaaring kalkulahin gamit ang formula:

R= , (4.26)

kung saan R i (at) – atomic repraksyon;

R i (inc) – repraksyon ng mga increment, i.e. karagdagang mga termino para sa doble, triple bond, cycle, atbp.;

n i – bilang ng mga atomo, mga bono, mga siklo.

Ang huling paraan ay pisikal na mas makatwiran, dahil ang polarisable electron cloud ay kabilang sa bond, hindi sa mga indibidwal na atomo. Gayunpaman, ang parehong mga pamamaraan ay karaniwang humahantong sa halos parehong mga resulta.

Ang mga halaga ng repraksyon ng mga indibidwal na atomo at mga bono ay nakuha sa pamamagitan ng paghahambing ng mga pang-eksperimentong halaga ng mga repraksyon ng molar na tinutukoy mula sa mga indeks ng repraktibo para sa iba't ibang mga molekula na naglalaman ng mga atom at mga bono na ito.

3. Ang repraksyon ay isang dami constitutive , ibig sabihin. ang halaga ng R ay maaaring gamitin upang hatulan ang istraktura ng mga molekula.

Paglalapat ng repraksyon. Gamit ang mga halaga ng repraksyon, malulutas mo ang maraming problema:

1. Pagkalkula ng electronic polarizability isang el at epektibong radius ng particle (atom, molekula). Gamit ang Lorentz–Lorentz formula (4.24) at ang kaugnayan a el »r 3 maaari nating isulat:

,

(4.27)

Gayunpaman, ang halaga para sa r, na kinakalkula gamit ang formula (4.28) ay tama lamang sa isang unang pagtataya.

2. Repraksyon maaaring gamitin para sa tinatayang pagtatantya ng dipole moment ng mga polar molecule .

Ito ay kilala na P = P el + P at + P o

kasi P at<< П эл, то П » П эл + П ор или П = R + П ор,

kaya P o = P – R

Sa kabilang banda P o =

Mula sa huling dalawang expression nakukuha natin:

(4.29)

Ang pamamaraang ito ng pagpapasiya m may katuturan lamang para sa mahinang polar substance, dahil ang mga polar molecule ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Mas epektibong gamitin ang paraan ng dilute solution ng mga polar substance sa non-polar solvents para matukoy ang polarization.

3. Maaaring gamitin ang equation na R 1.2 = x 1 R 1 + x 2 R 2 upang matukoy ang komposisyon ng pinaghalong At repraktibo na bahagi . Batay sa halaga ng repraksyon, ang konsentrasyon ng mga solusyon ay maaaring matukoy na may napakataas na antas ng katumpakan.

x 2 = , (4.30)

kung saan ang R 1 ay ang repraksyon ng solvent;

R 2 - repraksyon ng dissolved substance;

R 1.2 - repraksyon ng pinaghalong.

4. Constitutivity ng repraksyon ginamit bilang isang simple isang paraan upang suriin ang kawastuhan ng inaasahang istraktura ng mga molekula .

Kapag tinutukoy ang pormula ng istruktura ng isang sangkap, magpatuloy tulad ng sumusunod:

A) matukoy r, n sa isang temperatura;

b) ayon sa formula ng Lorentz–Lorentz, kinakalkula nila R- pang-eksperimentong halaga;

V) Ang pagkakaroon ng nakasulat na ilang mga pormula ng istruktura na tumutugma sa empirical na formula ng sangkap, kalkulahin ang halaga ng repraksyon para sa bawat istraktura, gamit ang tabular na data para dito R at At R St;

G) ihambing ang pang-eksperimentong halaga ng repraksyon R op at kalkulado R calc. Ang tamang pormula ng istruktura ay ang may R op pinakamalapit sa R calc .

Repraksyon ng liwanag– pagbabago sa direksyon ng light rays sa isang medium na may variable na refractive index. Ang repraksyon ng liwanag ay isang espesyal na kaso ng isang matalim na pagbabago sa direksyon ng mga sinag sa interface sa pagitan ng dalawang media na may magkakaibang mga indeks ng repraktibo.

Ang sanhi ng mga phenomena na ito mula sa punto ng view ng klasikal na pisika ay ang pakikipag-ugnayan ng electric field ng isang light wave na may elementarya na singil. Ang electric field ng wave na kumikilos sa atom ay inilipat ang panlabas na electron mula sa posisyon ng equilibrium, at ang atom ay nakakakuha ng isang sapilitan na dipole moment

p=α E ,

kung saan ang α ay ang polarizability ng atom (o molekula), E ay ang lakas ng patlang ng kuryente ng alon ng insidente. Ang dipole moment ng atom ay nag-o-oscillate sa dalas ng liwanag ng insidente, at ang atom ay nagiging pinagmumulan ng pangalawang magkakaugnay na alon. Ang mga oscillations ng electron ay naantala sa phase na nauugnay sa mga oscillations ng orihinal na light wave, kaya ang pangalawang waves ay ibinubuga din nang may pagkaantala. Ang larangan ng mga pangalawang alon ay idinagdag sa larangan ng orihinal na ilaw na alon, na nagiging sanhi ng paghina ng nagresultang electromagnetic wave.

Ang klasikal na teoryang elektroniko ay nagpapahintulot sa amin na iugnay ang refractive index ng isang substance sa mga microscopic na katangian ng medium - density at electronic polarizability, depende sa likas na katangian ng mga atoms o molecule at ang dalas ng liwanag.

Karaniwang hindi ang refractive index mismo ang ipinahayag sa pamamagitan ng mga microscopic na katangian, ngunit ang nauugnay na molekular na repraksyon:

saan R – molekular na repraksyon [cm 3 /mol],

M – molekular na timbang [g/mol],

ρ – density [g/cm 3 ],

N A = 6.023∙10 23 – Numero ng Avogadro [mol -1 ],

– tiyak na repraksyon [cm 3 /g].

Molecular repraksyon ay isang pisikal na dami na nagpapakilala sa polarizability ng isang molekula, o mas tiyak, 1/3 ng isang nunal ng isang sangkap. Ang pagsukat nito ay batay sa pagsukat ng refractive index at density ng substance.

Ang iba't ibang mga modelo ng istraktura ng bagay ay humantong sa bahagyang magkakaibang mga expression para sa function f(n); Kadalasan, ginagamit ang formula ng Lorentz-Lorentz, ayon sa kung saan. Hindi ang SI system ang ginagamit dito, ngunit ang lumang sistema ng GHS, ayon sa kung saan ang data ay ipinakita sa karamihan ng mga reference na aklat ng kemikal. Tulad ng makikita mula sa huling bahagi ng formula (6), ang molekular na repraksyon ay hindi nakasalalay sa temperatura at densidad, at, dahil dito, ang presyon at estado ng pagsasama-sama at ito ay isang sukatan lamang ng polarizability α ng mga molekula:

ibig sabihin, ito ay isang katangian ng isang kemikal na tambalan.

Mga halaga R sa nakikitang rehiyon ng spectrum ay nailalarawan ang polarizability ng mga shell ng elektron ng mga molekula ng isang sangkap. Kung ang polarizability ng mga sangkap ay hindi nagbabago sa panahon ng paglusaw, kung gayon ang repraksyon ng mga solusyon ay binubuo ng R i mga bahagi ng repraksyon:

saan x i– konsentrasyon i ika bahagi sa mga fraction ng nunal.

Ang panuntunan ng additivity ng mga molekular na repraksyon ng mga solusyon ay nagpapahintulot sa amin na kalkulahin R dissolved solids. Bukod dito, ang additivity ng molekular na repraksyon ay tinatayang sinusunod para sa mga purong compound. Para sa mga ionic compound ito ay katumbas ng kabuuan ng ionic refractions (tingnan ang Talahanayan 1 sa Appendix).

Halimbawa 1. Potassium chloride

Kinakalkula R theor (KCl) = R(K +) + R(CI –) = 2.2 + 8.7 = 10.90;

Molar mass M(KCl) = 74.56 g/mol;

Densidad ρ(KCl)=1.985 g/cm 3 ;

Refractive index para sa dilaw na D line ng sodium sa 20 degrees Celsius n D20 (KCl) = 1.490; pagkatapos ay kinakalkula mula sa eksperimento

Nakukuha namin ang error Δ R= 0.04 at kamag-anak na error o 0.4%.

Ang molecular refraction ng mga compound na may valence bonds ay maaaring ipakita bilang kabuuan ng atomic refractions (tingnan ang Table 2 sa Appendix).

Halimbawa 2. n-Pentane CH 3 –(CH 2) 3 –CH 3

R theor (C 5 H 12) = 5R(C) + 12R(H) = 5∙2.418 + 12∙1.100 = 25.290;

M(C 5 H 12) = 72.15 g/mol;

ρ(C 5 H 12) = 0.62619 g/cm 3 ;

n D 20 (C 5 H 12) = 1.35769;

Nakukuha namin ang error Δ R= 0.008 at relatibong error o 0.03%.

Ang mga atomic na repraksyon na lumilitaw sa naturang mga kalkulasyon ay bahagyang kasama ang mga epekto ng magkaparehong impluwensya ng mga atom at hindi katumbas ng mga atomic na repraksyon ng mga kaukulang simpleng sangkap. Ang impluwensya ng istraktura ng molekula sa molecular refraction ay isinasaalang-alang sa pamamagitan ng pagpapakilala ng iba't ibang mga halaga ng atomic refractions para sa parehong elemento sa iba't ibang grupo (halimbawa, iba't ibang atomic refractions para sa oxygen sa ethers, alcohols at carboxyl compounds (tingnan ang Table). 2 sa Appendix)) o sa pamamagitan ng paggamit ng mga repraksyon ng grupo (halimbawa, mga repraksyon ng grupo ng mga pangkat NO, N0 2, CN, atbp.), pati na rin sa paggamit ng mga espesyal na pagdaragdag (i.e. mga pagdaragdag) para sa maraming mga bono (double bond C=C , triple bond C≡C) .

Sa halip na atomic at group refractions, ang bond refraction ay kadalasang ginagamit, at ang molekular na repraksyon ay nabubulok sa mga termino ayon sa bilang at mga uri ng mga bono, kung saan ang polarizability ng mga electron na hindi kasali sa pagbuo ng mga bono ay karaniwang iniuugnay (tingnan ang Talahanayan 3 sa ang Apendise).

Halimbawa 3. 1-Bromopropane CH 3 –CH 2 –CH 2 –Br

R theor (C 3 H 7 Br) = 7R(C–H) + 2R(C–C) + R(C–Br) = 7∙1.70 + 2∙1.21 + 9.47 = 23.79 ;

ρ(C 3 H 7 Br) = 1.353 g/cm 3 ;

n D 20 (C 3 H 7 Br) = 1.4344;

Nakukuha namin ang error Δ R= 0.10 at relatibong error o 0.4%.

Halimbawa 4. 2-Bromopropane CH 3 – CHBr – CH 3

R theor (C 3 H 7 Br) = 23.79 (dahil ang bilang at kalidad ng mga bono ay pareho sa 1-bromopropane);

M(C 3 H 7 Br) = 123.00 g/mol;

ρ(C 3 H 7 Br)=1.310 g/cm 3 ;

n D 20 (C 3 H 7 Br) = 1.4256;

Nakukuha namin ang error Δ R= 0.3 at relatibong error o 1.0%.

Hindi masasabi na sa ilang pamamaraan (sa pamamagitan ng mga atomo o sa pamamagitan ng mga bono) ang additivity ay ginaganap nang mas mahusay. Pareho sa mga ito ay humigit-kumulang katumbas sa loob ng mga limitasyon ng kakayahang magamit ng additive scheme para sa molecular refraction.

Halimbawa 5. Bromoform CHBr 3

Para sa atoms R theor (CHBr 3) = R(C) + R(H) + 3R(Br) = 2.418 + 1.100 + 3 ∙ 8.865 = 30.113 (tingnan ang Talahanayan 2 sa Appendix);

Sa pamamagitan ng mga bono R theor (CHBr 3) = R(C–H) + 3R(C–Br) = 1.70 + 3 ∙ 9.47 = 30.11 (tingnan ang Talahanayan 3 sa Appendix);

Δ R≈ 0.3 at o 1.0%.

Minsan ang pagsusuma ng molecular refraction sa mga bono ay nagbibigay ng bahagyang mas mahusay na mga resulta kaysa sa pagsusuma sa mga atomo.

Halimbawa 6. Ethyl alcohol CH 3 –CH 2 –OH

R theor (C 2 H 5 OH) = 2R(C) + 6R(H) + R(O sa alcohol group) = 12.961 (tingnan ang Table 2 sa Appendix);

R theor (C 2 H 5 OH) = 5R(C–H) + R(C–C) + R(C–O) + R(O–H) = 13.05 (tingnan ang Talahanayan 3 sa Appendix) ;

Alinsunod dito, at at 2∙10 -3 (0.2%).

Ang paghahambing ng pang-eksperimentong halaga ng molecular refraction na kinakalkula gamit ang mga additive scheme ay isa sa pinakasimpleng pisikal na pamamaraan para sa pagtukoy ng istraktura ng mga kemikal na compound. Maaaring kumpirmahin ng pamamaraang ito ang gross formula ng isang substance at ang pagkakaroon ng ilang mga functional na grupo (halimbawa, ang impormasyon ay maaaring makuha sa bilang ng mga singsing sa molekula, ang numero, kalikasan at lokasyon ng maraming mga bono, atbp.). Sa ilang mga kaso, posible rin ang mga konklusyon tungkol sa cis o trans configuration ng molekula.

PAGPAPASAYA NG TEMPERATURA NG NATUNAWAG

Layunin ng trabaho: tukuyin ang punto ng pagkatunaw ng naphthalene at, batay sa hanay ng temperatura nito, suriin ang antas ng kadalisayan nito.

2.1.1. Mga materyales, reagents, kagamitan:

Glass capillary (diameter 1 mm, haba 40-50 mm) selyadong sa isang dulo, glass tube (diameter 10 mm, haba 40-50 mm), isang aparato para sa pagtukoy ng melting point, naphthalene, electric stove.

Pangkalahatang probisyon.

Pagpapasiya ng punto ng pagkatunaw

Natutunaw na punto ng sangkap ay ang temperatura kung saan ang solid phase nito ay nasa equilibrium na may sarili nitong pagkatunaw.

Ang punto ng pagkatunaw ay ang pinakamahalagang katangian ng isang tambalan. Sa pamamagitan ng halaga ng temperatura ng pagkatunaw, posibleng makilala ang isang tambalan, dahil ang pare-parehong ito ay palaging ibinibigay sa mga sangguniang libro sa mga katangian ng mga compound, halimbawa, /2, 4/.

Upang makilala ang mga sangkap, ang tinatawag na ay madalas ding ginagamit. "mixed melting sample". Upang gawin ito, maingat na paghaluin ang pantay na dami ng sangkap na kinikilala at ang kilalang sangkap. Kung ang punto ng pagkatunaw ng halo ay nananatiling hindi nagbabago, kung gayon ang isang konklusyon ay ginawa tungkol sa pagkakakilanlan ng parehong mga sangkap. Kung ang natutunaw na punto ng sample ay mas mababa kaysa sa natutunaw na punto ng mga panimulang sangkap, kung gayon, dahil dito, ang mga sangkap na ito ay naiiba. Ang pamamaraang ito ay batay sa itinatag na katotohanan na ang mga purong sangkap ay may malinaw na tinukoy ("matalim") na punto ng pagkatunaw (na may katumpakan na 0.01 C). Ang pagkakaroon ng mga impurities ay may posibilidad na mapababa ang punto ng pagkatunaw. Bilang karagdagan, ang mga sangkap na naglalaman ng anumang mga dumi ay natutunaw saklaw ng temperatura, ibig sabihin, wala silang malinaw na tinukoy na punto ng pagkatunaw. Kaya, ang pagtukoy sa punto ng pagkatunaw ay maaaring magbigay ng husay na impormasyon tungkol sa kadalisayan ng isang sangkap.

Ang pagtukoy sa punto ng pagkatunaw ay nagpapahintulot din sa isa na gumuhit ng hindi direktang mga konklusyon tungkol sa posibleng molekular na istraktura ng sangkap. Halimbawa, naitatag na ang mga isomer na may simetriko molecule ay natutunaw sa mas mataas na temperatura kaysa sa mga sangkap na may hindi gaanong simetriko na istraktura. Tumataas din ang punto ng pagkatunaw sa pagtaas ng antas ng pagkakaugnay ng mga molekula (halimbawa, dahil sa intermolecular hydrogen bonds).

humigit-kumulang tantyahin Ang punto ng pagkatunaw ng isang sangkap ay maaaring matukoy gamit ang isang regular na thermometer ng laboratoryo. Ang ilang mga kristal ng compound na sinusuri ay maingat na inilalagay nang direkta sa mercury bulb ng thermometer. Susunod, ang thermometer na may mga kristal ay maingat na inilagay sa ibabaw ng isang preheated hotplate na may saradong spiral. Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng taas ng thermometer sa itaas ng pinainit na ibabaw, ang rate ng pagtaas ng temperatura ay halos itinakda. Maingat na pagmamasid sa halili ang estado ng mga kristal at ang halaga ng temperatura, tandaan Magsimula pagkatunaw ng sangkap (hitsura ng mga unang droplet ng likidong yugto). Ang prosesong ito ay maaaring ulitin nang maraming beses, na makamit ang pinakatumpak na pagpapasiya ng simula ng proseso ng pagtunaw. Siyempre, ang pamamaraang ito ay nagbibigay lamang ng isang tinatayang ideya ng temperatura ng pagkatunaw, ngunit ginagawang posible na makabuluhang pasimplehin ang karagdagang mga eksperimento upang tumpak na matukoy ang pare-parehong ito.

Pangkalahatang pamamaraan ng proseso

Upang tumpak na matukoy ang punto ng pagkatunaw, mayroong ilang magkakaibang istruktura na mga aparato na may iba't ibang antas ng pagiging kumplikado at kadalian ng paggamit, ngunit ang prinsipyo ng kanilang operasyon ay pareho. Ang tambalan na susuriin ay inilalagay sa isang glass capillary (diameter 1 mm, haba 40-50 mm), selyadong sa isang dulo. Una, ang sangkap ay dinidikdik sa isang mortar sa isang pinong pulbos. Upang punan ang capillary, ang bukas na dulo nito ay nahuhulog sa pulbos, kasama ang ilan sa mga sangkap na pumapasok sa itaas na bahagi ng capillary. Susunod (upang ilipat ang sangkap sa ibabang bahagi ng capillary at i-compact ang layer), ang capillary ay itinapon, selyadong dulo pababa, sa isang mahaba, makitid, patayong inilagay na glass tube (diameter 10 mm, haba 40 - 50 cm). Sa pamamagitan ng pag-uulit ng diskarteng ito nang maraming beses, nakakamit ng isang tao ang isang siksik na layer ng sangkap sa isang capillary na 3-5 mm ang taas.

Ang direktang pagtukoy ng punto ng pagkatunaw ay isinasagawa sa isang espesyal na aparato ng salamin (Larawan 5), na binubuo ng isang round-bottomed flask (1) na may mataas na kumukulo na coolant, isang test tube (2) at isang thermometer (3). Ang capillary (4) na may test substance ay nakakabit sa thermometer na may singsing na rubber tube (5) upang ang column ng substance ay nasa antas ng gitna ng mercury ball. Ang aparato ay pinainit sa isang air bath (heating mantle, electric stove) nang mabilis sa una, at ang huling 15-20 sa ibaba ng inaasahang temperatura ng pagkatunaw, ang temperatura ay tumaas sa rate na hindi hihigit sa 2 degrees min -1. Ang punto ng pagkatunaw ay ang temperatura sa sandali ng kumpletong pagkatunaw ng isang sangkap.

Karaniwan, ang isang sangkap ay natutunaw sa loob ng isang hanay ng temperatura, at kung mas dalisay ang sangkap, mas maliit ang saklaw. Ang simula ng pagkatunaw ay itinuturing na sa sandaling lumitaw ang unang patak sa capillary, at ang wakas ay ang pagkawala ng mga huling kristal ng sangkap.

Pinoproseso ang mga resulta

Sa kurso ng gawaing ginawa, natukoy ang punto ng pagkatunaw ng naphthalene, natagpuan na ang hanay ng temperatura ay lumampas sa mga pinahihintulutang halaga, kaya masasabi natin na ang teknikal na naphthalene ay hindi sapat na dalisay. Maaari din itong idagdag na ang mga mixtures ng iba't ibang mga sangkap, bilang isang panuntunan, ay natutunaw sa isang mas mababang temperatura kaysa sa mga indibidwal na sangkap mismo. Upang matukoy kung ang mga sangkap na may magkatulad na mga punto ng pagkatunaw ay pareho o naiiba, tukuyin ang punto ng pagkatunaw ng isang pinaghalong sangkap na ito (halo-halong sample); kung ang punto ng pagkatunaw ng sample ay mas mababa kaysa sa punto ng pagkatunaw ng mga sangkap na kinuha para sa paghahanda, pagkatapos , samakatuwid, kami ay nakikitungo sa iba't ibang mga sangkap. Sa kabaligtaran, ang kawalan ng depresyon sa punto ng pagkatunaw ng isang halo-halong sample ay itinuturing na katibayan ng pagkakakilanlan ng mga sangkap na kinuha.

Lab 2.2

DETERMINATION OF MOLECULAR REFRACTION

MGA ORGANIC COMPOUND

Layunin ng trabaho: tukuyin ang refractive index at tukuyin ang hindi kilalang organic compound.

2.2.1. Mga materyales, reagents, kagamitan:

Abbe refractometer, conical flask na may hindi kilalang compound, pipette, cotton wool (moistened with ether).

Pangkalahatang probisyon

Ang refractive index na may kaugnayan sa vacuum ay tinatawag na absolute refractive index. Kapag sinusukat ang mga refractive index Ang mga likido at solid ay karaniwang tinutukoy ng mga repraktibong indeks na may kaugnayan sa hangin sa silid ng laboratoryo.

Ang refractive index ng isang sangkap ay tinutukoy ng likas na katangian nito, ngunit nakasalalay din sa mga panlabas na kondisyon - temperatura at haba ng daluyong ng liwanag. Para sa mga organikong likido, na may pagtaas ng temperatura ng 1, bumababa ito ng 4·10 –4 -5 · 10 –4.

Ang refractive index ay nagpapakilala sa polarizability ng isang molekula, na nauunawaan bilang ang kakayahang mag-polarize, iyon ay, upang baguhin ang estado ng electron cloud sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na electric field. Habang tumataas ang polarizability ng molekula, tumataas ang n, at ang halagang ito ay nauugnay sa molecular refraction MR ayon sa Lorentz-Lorentz equation:

,

kung saan ang n ay ang refractive index ng sangkap o solusyon;

M ay ang molekular na bigat ng sangkap;

d ay ang tiyak na gravity ng substance (density).

Hindi tulad ng refractive index, ang molekular na repraksyon ay hindi nakasalalay sa temperatura.

Sa electromagnetic field ng nakikitang liwanag, ang polarizability ng mga molekula ay halos ganap na dahil sa pag-aalis ng mga electron at katumbas ng kabuuan ng mga epekto ng mga displacement ng mga indibidwal na electron. Ang huling pangyayari ay nagbibigay sa MR ng mga kemikal na compound ng katangian ng isang additive constant. Maaari itong tukuyin sa teorya bilang kabuuan ng mga repraksyon ng mga indibidwal na atomo na bumubuo sa molekula, na isinasaalang-alang ang mga additives (incrementals) na isinasaalang-alang ang presensya at bilang ng maraming mga bono:

MR theor. = Σ AR sa. + Σ tinta. ,

nasaan si AR. – atomic repraksyon ng isang atom;

tinta– pagtaas ng isang koneksyon.

Ang mga halaga ng AR para sa mga indibidwal na atom at ang mga pagtaas ng maramihang mga bono ay kilala at ibinibigay sa pinaka-kaugnay na mga manwal at sangguniang libro
/5, p. 17/ (Talahanayan 1). Alam ang hypothetical structural formula ng isang compound, maaaring kalkulahin ng isa ang MR theorem nito. bilang kabuuan ng AR sa.

Halimbawa, para sa isopropylbenzene (cumene) MR theor. ay katumbas ng:

MR theor. = AR C 9 + AR H 12 + tinta dv. St. · 3

Ang pagpapalit ng kaukulang mga halaga ng AR at tinta (Talahanayan 1), nakukuha namin:

MR theor. = 2.418 ∙ 9 + 1.100 ∙ 12 + 1.733 ∙ 3 = 40.161

Talahanayan 1 – Atomic refractions ng mga indibidwal na atoms at increments

Upang matukoy ang halaga ng refractive index, isang espesyal na aparato ang ginagamit - isang refractometer. Ang karaniwang instrumento para sa mga laboratoryo ng organic chemistry ay ang Abbe refractometer. Dinisenyo ito sa paraang, kapag gumagamit ng polychromatic (solar o artipisyal) na ilaw, binibigyan nito ang halaga ng refractive index para sa sodium D-line. Ang pagsukat ay nangangailangan lamang ng ilang patak ng likido, at ang katumpakan ng pagsukat ay 0.0001 refractive index units. Upang makamit ang gayong katumpakan, ang isang pare-parehong temperatura ay dapat mapanatili sa panahon ng pagsukat na may katumpakan na 0.2 C (na nakakamit gamit ang isang termostat). Maipapayo na sukatin ang refractive index sa 20C, at para sa mababang natutunaw na solids - bahagyang mas mataas sa punto ng pagkatunaw.

Dahil ang bawat sangkap ay nailalarawan sa sarili nitong refractive index na halaga, ang refractometry, kasama ng iba pang mga pamamaraan, ay maaaring gamitin upang makilala (kilalain) ang mga sangkap. Ang pagkakakilanlan ay isinasagawa batay sa pagkakaisa ng sinusukat at sanggunian na mga halaga ng refractive index ng mga purong sangkap na matatagpuan sa ilalim ng parehong mga kondisyon. Dahil sa ang katunayan na ang iba't ibang mga sangkap ay maaaring magkaroon ng magkatulad na mga halaga ng refractive index, ang refractometry ay kadalasang kinukumpleto ng iba pang mga paraan ng pagkilala sa mga sangkap (mga pagsukat ng parang multo, pagpapasiya ng mga natutunaw o kumukulo, atbp.). Ang refractive index ay maaari ding gamitin upang hatulan ang kadalisayan ng isang sangkap. Ang pagkakaiba sa sinusukat at sanggunian (para sa isang purong sangkap) na mga halaga ng mga refractive na indeks ng mga sangkap na natagpuan sa ilalim ng parehong mga kondisyon ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng mga impurities dito. Sa mga kaso kung saan walang impormasyon sa panitikan tungkol sa mga pisikal na pare-pareho ng isang sangkap (kabilang ang refractive index), maaari itong ituring na dalisay lamang kapag ang mga pisikal na constant ay hindi nagbabago sa panahon ng paulit-ulit na proseso ng paglilinis. Ang refractometric structural analysis ay nagbibigay ng pinakamalaking katumpakan para sa mga likidong sangkap. Sa kasong ito, kinakailangan na magkaroon ng data sa komposisyon at molekular na timbang (gross formula) o mga batayan para sa pagpapalagay ng structural formula ng substance. Ang isang konklusyon tungkol sa istraktura ng isang sangkap ay ginawa batay sa isang paghahambing ng MR exp, na natagpuan gamit ang Lorentz-Lorentz formula, at MR theor. Ang pagkakaisa ng mga halaga ng MR exp at MR theor na may katumpakan ng 0.3-0.4 ay nagpapatunay sa posibilidad ng iminungkahing gross formula at istraktura. Pagkakaiba Mr theor Mr exp. higit sa 0.3-0.4 na mga yunit ay nagpapahiwatig na ang teorya ng MR na ginawa kapag ang pagkalkula ay hindi tama. mga pagpapalagay tungkol sa istraktura at komposisyon ng bagay. Sa kasong ito, kinakailangang isaalang-alang ang iba pang posibleng mga istrukturang molekular ng sangkap para sa isang naibigay na gross formula.

Dahil ang refractive index ay nakasalalay sa konsentrasyon ng mga solusyon, ginagamit din ang refractometry upang matukoy ang kanilang konsentrasyon, upang suriin ang kadalisayan ng mga sangkap at upang masubaybayan ang mga proseso ng paghihiwalay, halimbawa, ang distillation ay maaaring subaybayan (para sa mga layunin ng analitikal). Ang refractive index ng isang binary mixture ay nakadepende nang linear sa konsentrasyon ng mga bahagi (sa porsyento ng volume), maliban kung may pagbabago sa volume sa panahon ng paghahalo. Kung ang mga paglihis mula sa linear na relasyon ay nangyari, ito ay kinakailangan upang bumuo ng isang pagkakalibrate curve.

3. Pagpapakalat ng refractive index. Pag-asa ng mga refractive index sa temperatura at presyon. Molar repraksyon.

Iniuugnay ng electromagnetic theory ni Maxwell para sa transparent na media ang refractive index n at ang dielectric constant  sa pamamagitan ng equation: =n 2 (1). Ang polarization P ng molekula ay nauugnay sa dielectric constant ng medium: P = P def + P op = (-1)/(+ 2) (M /d) = 4/3 N A , (2 ) kung saan ang P def ay ang deformation polarization; P o – orientational polarization; M ay ang molekular na bigat ng sangkap; d-densidad ng sangkap; N A - numero ng Avagadro; Ang  ay ang polarisability ng molekula. Ang pagpapalit ng n 2 sa equation (2) sa halip na  at  el, sa halip na , nakukuha natin ang (n 2 - 1)/ (n 2 + 2) (M /d) = 4/3 N A  el = R el = R M ( 3) Ang formula na ito ay tinatawag na Lorentz-Lorentz formula, ang halaga ng R M dito ay ang molar refraction. Mula sa formula na ito ay sumusunod na ang halaga ng RM, na tinutukoy sa pamamagitan ng refractive index ng isang substance, ay nagsisilbing sukatan ng electronic polarization ng mga molekula nito. Sa physicochemical studies, ginagamit din ang specific refraction: g = R M / M = (n 2 1)/ (n 2 + 2) (1/d) (4)

Ang molar refraction ay may dimensyon ng volume bawat 1 mole ng isang substance (cm 3 /mol), ang specific refraction ay may dimensyon ng volume bawat 1 gram (cm 3 /g). Tinatayang isinasaalang-alang ang molekula bilang isang globo ng radius g m na may conducting surface, ipinapakita na  el = g M 3. Sa kasong ito, R M = 4/3  N A g 3 (5), i.e. molar refraction ay katumbas ng intrinsic volume ng molecules ng 1 mole ng substance. Para sa mga non-polar substance R M =P, para sa polar substance R M ay mas mababa sa P sa dami ng orientation polarization.

Tulad ng mga sumusunod mula sa equation (3), ang halaga ng repraksyon ng molar ay tinutukoy lamang ng polarizability at hindi nakasalalay sa temperatura at estado ng pagsasama-sama ng sangkap, i.e. ay isang katangiang pare-pareho ng isang sangkap.

Ang repraksyon ay isang sukatan ng polarizability ng molecular electron shell. Ang electron shell ng isang molekula ay binubuo ng mga shell ng mga atomo na bumubuo sa molekula. Samakatuwid, kung magtatalaga tayo ng ilang mga halaga ng repraksyon sa mga indibidwal na atomo o ion, kung gayon ang repraksyon ng molekula ay magiging katumbas ng kabuuan ng mga repraksyon ng mga atomo at ion. Kapag kinakalkula ang repraksyon ng isang molekula sa pamamagitan ng mga repraksyon ng mga nasasakupang particle nito, kinakailangang isaalang-alang ang mga estado ng valence ng mga atomo, ang mga tampok ng kanilang pag-aayos, kung saan ipinakilala ang mga espesyal na termino - mga pagdaragdag ng maramihang (doble at triple carbon- carbon) at iba pang mga bono, pati na rin ang mga pagwawasto para sa espesyal na posisyon ng mga indibidwal na atomo at grupo sa molekula : Rm= Ra+Ri, (6), kung saan ang R A at Ri ay mga atomic repraksyon at maramihang mga pagtaas ng bono, ayon sa pagkakabanggit, na ibinigay sa mga sangguniang aklat.

Ang equation (6) ay nagpapahayag ng panuntunan ng additivity ng molar refraction. Ang isang pisikal na mas makatwiran na paraan ay ang kalkulahin ang molar repraksyon bilang ang kabuuan ng mga repraksyon hindi ng mga atomo, ngunit ng mga bono (C-H, O-H, N-H, atbp.), dahil ito ang mga valence electron na polarized ng liwanag , bumubuo ng isang kemikal na bono.

Ang molar repraksyon ng mga compound na binuo mula sa mga ion ay kinakalkula bilang ang kabuuan ng mga ionic refraction.

Ang tuntunin ng additivity (6) ay maaaring gamitin upang itatag ang istruktura ng mga molekula: ihambing ang Rm, na natagpuan mula sa pang-eksperimentong data gamit ang equation (3), na kinakalkula gamit ang equation (6) para sa inaasahang istraktura ng molekula.

Sa ilang mga kaso, ang tinatawag na kadakilaan ng repraksyon, na binubuo ng isang makabuluhang labis ng pang-eksperimentong halaga R M no kumpara sa kinakalkula ng equation (6). Ang pagpapataas ng repraksyon ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng conjugated na maramihang mga bono sa molekula. Ang exaltation refraction sa mga molekula na may ganitong mga bono ay dahil sa ang katunayan na ang -electrons sa kanila ay nabibilang sa lahat ng mga atom na bumubuo sa conjugation system at maaaring malayang gumagalaw kasama ang sistemang ito, i.e. ay may mataas na kadaliang kumilos at, samakatuwid, nadagdagan ang polarizability sa isang electromagnetic field.

Ang additivity ay nangyayari din para sa repraksyon ng mga likidong mixture at solusyon - ang repraksyon ng pinaghalong ay katumbas ng kabuuan ng mga repraksyon ng mga bahagi na hinati sa kanilang mga bahagi sa pinaghalong. Para sa molar refraction ng binary mixture, alinsunod sa additivity rule, maaari nating isulat ang: R=N 1 R 1 +(1 N 1)R 2, (7)

para sa tiyak na repraksyon r = f 1 r 1 + (lf 1)r 2 (8), kung saan ang N 1 at f 1 ay ang mga fraction ng nunal at timbang ng unang bahagi.

Ang mga formula na ito ay maaaring gamitin upang matukoy ang komposisyon ng mga mixtures at ang repraksyon ng mga bahagi. Bilang karagdagan sa istrukturang kemikal ng isang sangkap, ang halaga ng refractive index nito ay tinutukoy ng wavelength ng liwanag ng insidente at ng temperatura ng pagsukat. Bilang isang patakaran, sa pagtaas ng haba ng daluyong ang refractive index ay bumababa, ngunit para sa ilang mga mala-kristal na sangkap, isang maanomalyang pag-uugali ng pag-asa na ito ay sinusunod. Kadalasang ipinapakita, ang mga repraksyon ay tinutukoy para sa mga wavelength (dilaw na linya ng Na - D-589nm na linya, pulang linya ng hydrogen - linya ng C-656nm, asul na linya ng hydrogen - linya ng F-486nm).

Ang dependence ng repraksyon o refractive index ng liwanag sa wavelength ay tinatawag na dispersion. Ang isang sukatan ng pagpapakalat ay maaaring ang pagkakaiba sa pagitan ng mga halaga ng mga refractive index na sinusukat sa iba't ibang mga wavelength, ang tinatawag na. average na pagkakaiba-iba. Ang sukat ng dispersion ay relatibong dispersion: F , C , D =(n f – n C)/(n D -l)]10 3 (9), kung saan ang n f , n C , n D ay mga refractive index na sinusukat para sa mga linya F at C hydrogen at sodium D na mga linya. Ang relatibong dispersion  F, C, D ay napakasensitibo sa presensya at posisyon ng dobleng bono sa molekula.

Ang halaga ng refractive index ng isang substance ay nakasalalay din sa temperatura ng pagsukat. Habang bumababa ang temperatura, ang sangkap ay nagiging mas optically siksik, i.e. tumataas ang refractive index. Samakatuwid, kapag nagsasagawa ng mga sukat ng refractometric, kinakailangan na termostat ang refractometer. Para sa mga gas, ang refractive index ay nakasalalay din sa presyon. Ang pangkalahatang pag-asa ng refractive index ng isang gas sa temperatura at presyon ay ipinahayag ng formula: n-1=(n 0 -1)(P/760)[(1+P)/(1+t) ( 10), kung saan ang n ay ang refractive index sa presyon P at temperatura t° C; n 0 - refractive index sa ilalim ng normal na kondisyon; P - presyon k mm Hg. Art.;  at  - mga coefficient depende sa likas na katangian ng gas .

• Magsimula
• Mga seksyon ng natural na agham

Animasyon

Paglalarawan

Ang molecular refraction ay nag-uugnay sa molecular porizability a ng isang substance kasama ng kanyang refractive index n. Sa loob ng mga limitasyon ng applicability ng expression (1), nailalarawan nito, tulad ng n, ang kakayahan ng isang substance na mag-refract ng liwanag. Kasabay nito, ang molekular na repraksyon ay naiiba mula sa n na halos hindi ito nakasalalay sa density, temperatura at estado ng pagsasama-sama ng sangkap. Ang pangunahing formula para sa molecular refraction ay:

, (1)

kung saan ang M ay ang molecular weight ng substance;

r ay ang density ng sangkap;

N A - pare-pareho ni Avogadro.

Ang pormula (1) ay katumbas ng pormula ng Lorentz-Lorentz (na may parehong mga paghihigpit sa kakayahang magamit), ngunit sa maraming kaso ito ay mas maginhawa para sa mga praktikal na aplikasyon. Kadalasan, ang molecular refraction ay maaaring kinakatawan bilang ang kabuuan ng "refractions" ng mga atomo o grupo ng mga atom na bumubuo sa molekula ng isang komplikadong substance, o ang kanilang mga bono sa naturang molekula. Halimbawa, ang molecular refraction ng isang saturated hydrocarbon C k H 2k+2 ay katumbas ng kR c +(2k+2)R h.

Mga katangian ng timing

Oras ng pagsisimula (mag-log sa -9 hanggang -6);

Habambuhay (mag-log tc mula -6 hanggang 9);

Oras ng pagkasira (log td mula -9 hanggang -6);

Oras ng pinakamainam na pag-unlad (mag-log tk mula -6 hanggang 6).

Diagram:

Teknikal na pagpapatupad ng epekto

Teknikal na pagpapatupad ng epekto

Ang diagram ng teknikal na pagpapatupad ay ipinakita sa Fig. 1. Ang radiation mula sa isang helium-neon laser ay dumadaan sa isang prismatic vessel na puno ng propane sa atmospheric pressure. Susunod, ang presyon ng propane ay tumataas hanggang sa ito ay matunaw. Habang tumataas ang presyon, monotonically tumataas ang anggulo ng pagpapalihis ng transmitted beam.

Pagmamasid ng molekular na repraksyon

kanin. 1

Paglalapat ng epekto

Ang molekular na repraksyon ay nagpapahintulot sa iyo na matagumpay na pag-aralan ang mga istruktura ng mga compound, matukoy ang mga dipole na sandali ng mga molekula, pag-aralan ang mga bono ng hydrogen, matukoy ang komposisyon ng mga mixture at malutas ang iba pang mga problema sa physicochemical.