Рефрактометрия (Поляризация молекул и Рефракция света)

1. ПРЕЗЕНТАЦИЯ К ЛЕКЦИЯМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Физическая химия: практическое применение»

КАФЕДРА ХИМИИ И ЭКОТОКСИКОЛОГИИ
ПРЕЗЕНТАЦИЯ К ЛЕКЦИЯМ ПО
ДИСЦИПЛИНЕ
«Физическая химия: практическое
применение»
Разработал:
Доцент кафедры , к.х.н.
Корнилов К.Н.

2.

Тема 1. Рефрактометрия
(Поляризация молекул и
Рефракция света)

3.

1. Вступление

4.

Рефракция (преломление
света оптически
прозрачной средой) – это
результат поляризации
молекул светом
(электромагнитным
излучением)

5.

Рефрактометр
Определить результат
поляризации молекул можно
под действием
рефрактометра

6.

Поляризация (П) – это
деформация молекул под
действием внешнего
электрического поля.

7.

Она зависит от свойств
молекулы. Поляризуя
молекулу, можно получить от
неё сигнал и определить, что
за вещество перед нами. А это
позволяет:

8.

1. определять градус спирта
(Лабораторная 1)

9.

2. определять концентрацию сахара в твёрдых и
жидких ПП (Лабораторная 2)
в соответствии с ГОСТ 15113.6-77 Концентраты
пищевые. Методы определения сахарозы.

10.

3. определять содержания жира в
пищевых продуктах в соответствии с
ГОСТ 15113.9 «Концентраты
пищевые. Методика определения
жира». А в кондитерских изделия – в
соответствии с ГОСТ 54053
«Изделия кондитерские. Методика
определения массовой доли жира».
(Лабораторная 3)

11.

12.

2. От чего зависит
поляризация?

13.

Поляризация зависит
от свойств молекулы

14.

Вообще, молекулы бывают двух видов:
полярные (заряды разделены в
пространстве) и
неполярные (заряды не разделены).
О2 – неполярная, вода – полярная.
Полярность – это судьба молекулы! От
неё зависит в чём она растворяется.
Углеводы растворяются в воде и легко
перевариваются.
Жиры не растворяются и
перевариваются тяжело. А потом тяжело
выводятся.

15.

Дипольный момент: μ = e*l
e = 1,6*10-16 Кл
-30
1 D (дебай) = 3,356*10 Кл*м

16.

17.

μ воды = 1,84 D,
ацетона = 2,83 D
а молекула СО2 – неполярная

18.

3. Какие бывают
виды поляризации?

19.

Виды Поляризации:
1. ориентационная
_
+
-
+
Возможная только у полярных молекул.

20.

2. Деформационная (атомная +
электронная) – важнее для науки:
Происходит разделение зарядов в неполярной
молекуле.
А в полярной – удлиняется связь.
То есть и у тех, и у тех появляется из-за деформации
НОВЫЙ дипольный момент μ индуцированный.

21.

Поляризуемость α – способность
молекулы к деформации под
действием внешнего электрического
поля. Молекулы разные! И
деформируются по-разному! α
разные.

22.

μ (индуцированный) =
α (деформационная) * Е
(напряжённость электрического
поля)
α = μ /E [Кл*м/(В/м)] = [Кл*м2/В]
Вот в чём измеряется
поляризуемость!
А ещё надо уметь отличать
Поляризацию, Полярность и
Поляризуемость.

23.

α (деформационная) = α (атомная) + α
(электронная)
От Поляризуемости (α) зависит
Диэлектрическая проницаемость
данного вещества (ε).
А это ещё что?
F вак = k * (q1*q2)/r2
F в веществе = F вак/ε

24.

Так вот, α и ε, а также П
связывает Уравнение
Клаузиуса – Мосотти:
П = 4/3 * π * Na * α (деформ) =
(ε- 1)/(ε+2) * M/ρ
3
3
[ кг/моль: кг/м = м /моль]

25.

Для неполярных молекул П деф –
единственная возможная (П полн =
П деф).
Но для полярных
П полная = П деф + П ориент =
П ат + П эл + П ориент
более сложная ситуация!

26.

Но все проблемы решаются, когда
поляризация происходит под действием
света:
при частоте электромагнитного излучения
в 1010 Гц П ор не возможна.
1015 Гц П ат не возможна.
То есть свет поляризует (деформирует)
только электронные оболочки!

27.

4. Результат
поляризации

28.

Что же в итоге происходит при
взаимодействии света и вещества?
1. Электронные оболочки
деформируются.
2. скорость света в веществе
замедляется.
3. из-за замедления света
происходит изменение его
направления движения

29.

Скорость света при этом
замедляется в n раз. Эта
величина n называется
показатель преломления
n = cвак/cсреда

30.

n = cвак/cсреда = sinΘ1/sinΘ2

31.

Вот этот n –
показатель
преломления и
измеряет
рефрактометр!

32.

n20 (воды) = 1,3330,
20
n (этанола) = 1,3610,
20
n (глицерина) = 1,4370,
n20 (подсолнечного масла) =
1,4850

33.

Что мы видим в окуляре
рефрактометра

34.

5. Расчёт молярной
рефракции

35.

Уравнение Лоренца-Лорентса
2
2
Rм=(n – 1)/(n + 2)·M/ρ

36.

Rм спирта:
• Rм = (1,36102 – 1)/(1,36102 +2)
• * 46*10-3/0,789*103 = 12,89 *10-6
м3/моль
• M = 46 г/моль = 46*10-3 кг/моль
• р = 0,789 г/мл = 0,789*103 кг/м3

37.

Правило аддитивности:
каждый атом вносит свой
вклад в поляризацию.
Rм (С2Н5ОН) = 2R(C) + 5R(H)
+ R(OH) = 2*2,59 + 5*1,03 +
-6
3
2,55 = 13,01*10 м /моль

38.

Можно найти радиус молекулы:

39.

Теперь мы можем решать задачи 1
типа
• А ещё перейти к Лабораторной №1:
• У нас есть смесь двух веществ: А (вода) и В
(спирт).
• Для смесей существует Удельная рефракция
rуд = (n2 – 1)/(n2 +2) * 1/p
• r (смеси) = r(A)*w(A) + r(B)*w(B) =
• = r(A)*(1-w(B)) + r(B)*w(B)
• w(B) – спирта, так и найдём!