Рефрактометрический метод анализа в химии

 

, (18)

 

где n_∞ - показатель преломления света для определённых длин волн.

С учётом этого уравнение Клаузиуса-Мосотти (15) принимает следующий вид:

 

 [ см³/(г·моль)] (19)

 

         Из полученного выражения видно, что показатель R_М, называемый молярной рефракцией, имеет размерность объёма молекул, содержащихся в 1 моль вещества.

Уравнение (15), которое  носит название уравнения Лорентца - Лоренца, выведено в 1880 г. независимо друг от друга Х. Лорентцем и Л. Лоренцем.

На практике часто  пользуются показателем удельной рефракции r, то есть рефракцией одного грамма вещества. Удельная и молярная рефракции связаны соотношением: R = r∙M, где М молярная масса.

Поскольку в уравнении (19) N пропорционально плотности, то его можно представить в следующем виде:

 

 [ см³/г] (20)

 

Х. Лорентц и Л. Лоренц вскрыли физический смысл понятия  рефракции – как меры электронной  поляризуемости и подвели под  учение о рефракции прочный теоретический  фундамент.

Величина удельной рефракции  практически не зависит от температуры, давления и агрегатного состояния  вещества.

В исследовательской  практике кроме молярной и удельной рефракции R_М и r используют и другие производные от показателей преломления n (таблица 2).

Показатель преломления  неполярных веществ практически  не зависит от частоты волн света  и поэтому уравнение (19) справедливо  при всех частотах. Например, для  бензола n² = 2,29 (длина волны 289,3 нм), тогда как ε = 2,27. поэтому, если для приближённых расчётов рефракции достаточно пользоваться показателем преломления видимого спектра, то для точных расчётов необходимо производить экстраполяцию по формуле Коши:

 

n_λ = n_∞ + a/λ², (21)

 

где n_λ – показатель преломления при длине волны λ;

а – эмпирический коэффициент.

 

Таблица 2 Рефрактометрические константы

N	Наименование	Обозначение	Область применения
1	Показатель преломления	n	Характеристика чистоты  веществ. Анализ двойных систем веществ
2	Удельная рефракция	r	Характеристика чистоты  веществ. Определение концентрации веществ
3	Молекулярная рефракция	R	Определение значений некоторых  атомных и молекулярных констант. Определение строения органических молекул
4	Относительная дисперсия	σ	Анализ сложных смесей. Определение строения органических молекул

 

Для полярных веществ ε > n². Для воды, например, n² = 1,78 (λ = 589,3 нм), а ε = 78. Более того, в этих случаях нельзя непосредственно экстраполировать n_λ по формуле Коши вследствие того, что показатель преломления полярных веществ часто аномально изменяется с частотой. Однако обычно нет необходимости производить такую экстраполяцию, так как рефракция является величиной аддитивной и сохраняется, если показатели преломления всех веществ измерять при определённой длине волны. За такую стандартную длину волны выбрана жёлтая линия в спектре натрия (λ_D = 589,3). В справочных таблицах приводятся данные именно для этой длины волны. Таким образом, для расчёта молекулярной рефракции (в см³/моль) пользуются формулой, в которой n_∞ заменён на n_D:

 

. (22)

 

Обычно индекс D опускают и формулу записывают как уравнение (19).

 

2

2.1 Аппаратура, материалы и реактивы

 

Рефрактометр типа ИРФ-22 или ИРФ-23, или другие с погрешностью показаний прибора не более 5*10^-4.

Термостат типа ТС-16 или  ТС-24, или УТ-15 или другие с погрешностью регулирования температуры 0,5 ̊С.

Бюретка исполнения 7 или  пипетка исполнения 2 вместимостью 5 или 10 мл по ГОСТ 20292-74.

Ступка фарфоровая № 1, 2, 3 по ГОСТ 9147-73, с пестиком.

Колба коническая типа Кн вместимостью 10-50 мл по ГОСТ 10394-72.

Весы лабораторные рычажные типа ВЛА-200, класса точности 2 по ГОСТ 19491-74 или другие весы с тем же классом  точности.

Пикнометр стеклянный типа ПМЖ вместимостью 1-2 мл по ГОСТ 22524-77.

Бумага фильтровальная по ГОСТ 12026-76 или фильтры «белая лента».

α-бромнафталин, ч.

Калия гидроокись, ч. д. а.

 

 

2.2 Подготовка  к испытанию

 

Гидроокись калия измельчают в фарфоровой ступке до порошкообразного состояния и сушат при температуре 105-115 ̊С для удаления влаги. Хранят в  склянке с закрытой пробкой в  эксикаторе.

 

 

 

 

 

2.3 Проведение  испытания

 

Навеску синтетических  жирных кислот, взвешенную с погрешностью не более 0,0002 г в фарфоровой ступке, расплавляют и смешивают с  предварительно измельченной сухой  гидроокисью калия, взятой в 4-кратном  количестве по отношению к кислотному числу.

Масса навесок кислот и гидроокиси калия указана в таблице 3.

Таблица 3

Фракция кислот	Масса навески, г
	кислот	гидроокиси калия
C5 – C10 C12 – C27	1,0 – 1,2 0,8 – 1,0	1,5 – 1,9 0,9 – 1,0

 

Массу навески гидроокиси калия (А) в граммах можно также вычислить по формуле:

 

 (23)

 

где  B – кислотное число, определенное по ГОСТ 22386-77, мг КОН/г;

       m – масса навески кислот, г.

Смесь растирают в  ступке в течении 3-10 мин до получения  однородной массы. Приливают 5 мл α-бромнафталина и снова растирают в течении 10 мин. Полученную суспензию фильтруют через складчатый фильтр в колбу.

В фильтрате определяют показатель преломления. За конечный результат  принимают показание рефрактометра, установившееся через 2 мин после  нанесения капли фильтрата на призму рефрактометра. Аналогично определяют показатель преломления чистого α-бромнафталина при той же температуре.

 

2.4 Обработка результатов испытания

 

2.4.1 Массовую долю неомыляемых веществ (X) в процентах вычисляют по формуле:

 (24)

 

 

где V – объем α-бромнафталина, см³;

        ρ^t – плотность неомыляемых веществ при температуре определения, г/см³;

        n^t_p – показатель преломления α-бромнафталина при температуре  определения;

       n^t_ph – показатель преломления фильтрата неомыляемых веществ при  температуре определения;

       n^t – показатель преломления неомыляемых веществ при температуре определения;

       m – масса навески кислот, г.

 

2.4.2 За результат испытаний принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 10 отн. % при доверительной вероятности P = 0,95.

 

2.4.3 Средние значения  показателей преломления и плотности  неомыляемых веществ, выделенных  из кислот фракций C₅ – C₆, C₇ – C₉, C₁₀ – C₁₆, C₁₇ – C₂₀, определенные при различных температурах, приведены в таблице 4, эти показатели находят линейной интерполяцией.

 

Заключение

 

Рефрактометрия - метод  исследования веществ, основанный на определении  показателя преломления (коэффициента рефракции) и некоторых его функций. Этот метод применяется для идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ. Показатель преломления – это отношение скоростей света в граничащих средах. Для жидкостей и твердых тел показатель преломления определяют, как правило, относительно воздуха, для газов - относительно вакуума. Значения показателя преломления зависят от длины волны света и температуры. Например, показатель преломления при 20 °С для D-линии спектра натрия (589 нм). Часто используют также линии С и F спектра водорода (соответственно 656 и 486 нм). В случае газов необходимо учитывать зависимость показателя преломления от давления (указывать его или приводить данные к нормальному давлению). Анизотропные тела, одно- и двухосные кристаллы характеризуются соответственно двумя экстремальными или тремя значениями показателя преломления. Все задачи, поставленные вначале исследования, решены. Цель курсовой работы достигнута.

 

Список использованной литературы

 

1. Минкин, В. И. Дипольные моменты в органической химии [Текст]  / В. И. Минкин, О. А. Осипов, Ю. А. Жданов . - Л. : Химия, 1968. - 248 с. : табл., ил.. - (Физические методы исследования органических соединений). - Библиогр. в конце глав.
2. Боровиков Ю.А. Диюэлектрометрия в органической химии: Киев: Наукова думка, 1987. – 215 с.
3. Бацанов, С. С. Структурная рефрактометрия [Текст] : учеб. пособие для хим. специальностей ун-тов / С. С. Бацанов .- 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1976. - 304 с. : ил.. - Прил.: с. 281-295. - Библиогр.: с. 296-303.
4. Шишловский, А. А. Прикладная физическая оптика [Текст] : учеб. пособие для ун-тов / А. А. Шишловский . - М. : Физматгиз, 1961. - 824 с. : ил.. - Библиогр. в конце гл. - Алф. указ.: с. 812-822.
5. Ляликов Ю.С. Физико–химические методы анализа, М.: Химия, 1964.
6. Барановский В.Ф., Горелкин С.М., Городенцева В.А. Физико – химические методы анализа: М.: Высшая школа, 1972.
7. Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров: М.: Мир, 1983. Ч. 1. – 382 с.
8. Новикова Г.Е., Трапезникова О.Н. // Каучук и резина, 1968. – № 8.
9. Пиотровский К.Б., Стерензат Д.Е. // Каучук и резина, 1957. – № 11.
10. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия; М.: Химия, 1990.
11. Практикум по физической химии под ред. Н.К. Воробьева; М.: Химия, 1975. – 367 с.
12. Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы анализа в химии; Л.: Химия
13. Уитли П. Определение молекулярной структуры; М.: Мир, 1970.
14. Методические указания. Рефрактометрия. Лабораторная работа № 1. Волгоград. Изд-во ВПИ, 1983. – 14 с.
15. Краткий справочник физико–химических величин под редакцией К.П Мищенко: М.: Химия, 1967.