Рефрактометрический метод анализа в химии - Курсовая работа

Рефрактометрический метод имеет многолетнюю историю применения в химии. Рефрактометрия (от латинского refraktus - преломленный и греческого metreo - мерю, измеряю) - это раздел прикладной оптики, в котором рассматриваются методы измерения показателя преломления света (n) при переходе из одной фазы в другую, или, иными словами, показатель преломления n - это отношение скоростей света в граничащих средах. Применительно к химии рефракция имеет более широкое смысловое значение. Когда свет как электромагнитное излучение проходит через вещество, то даже в отсутствие прямого поглощения он может взаимодействовать с электронными облаками молекул или ионов, вызывая их поляризацию. Рефрактометрия широко применяется также для определения строения координационных соединений (комплексов молекулярного и хелатного типа), изучения водородной связи, идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ.Первая гипотеза - эмиссионная или корпускулярная, утверждала, что свет представляет собой поток мельчайших частиц - корпускул, испускаемых нагретым светящимся телом. Легко объясняя законы отражения света, эта гипотеза не могла объяснить некоторые особенности преломления света и вовсе не объясняла интерференцию света. Фундаментом для сближения геометрии с учением о свете и развития лучевой оптики явились представления о прямолинейности распространения света. Экспериментально установлено, что в вакууме и в однородной (газовой, жидкой или твердой) прозрачной среде (например, в воздухе при постоянном давлении, в воде или стекле) свет распространяется прямолинейно, и луч представляет собой прямую линию, началом которой является источник света. Если на пути светового пучка, распространяющегося в прозрачной однородной среде (например, в воздухе), встречается другая прозрачная однородная среда (например, стекло), то на границе раздела сред пучок света разделяется на два луча, из которых один луч входит в новую среду, изменяя свое направление (преломляется), а другой, отражаясь от поверхности раздела и изменяя свое направление, продолжает распространяться в первой среде.Поэтому, если на поверхность раздела сред будет падать не монохроматический, а "белый" свет, то после преломления отдельные его составляющие будут отклоняться по-разному и иметь разные углы преломления при одном и том же угле падения. "белый" свет, переходя в более плотную прозрачную однородную среду, рассеивается или диспергирует. Мерой дисперсии света служит разность между значениями показателя преломления, измеренным при различных длинах волн (например, ?NFC; табл.1). Показатель преломления в зависимости от условий его определения дополняется латинской буковой n с подстрочным и надстрочным индексами (напрмер, , ). Верхний индекс показывает температуру (в 0С), а нижний индекс - линии или длину волны (в нм), при которых производилось измерение.Схема направления распространения лучей при полном внутреннем отражении b0Oa0 - распространение луча при предельном угле; Если луч света распространяется из более плотной среды В в менее плотную среду А (рис.2), то при некотором угле ? = ?0 угол преломления ? достигнет максимального значения ?0 = 900. Далее луч будет распространяться вдоль поверхности раздела сред и выражение (2) примет следующий вид: .Коэффициент преломления, как уже отмечалось, зависит от поляризуемости атомов, молекул и ионов.Любая молекула представляет собой совокупность положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов. Если распределение ядер и электронов в пространстве таково, что центры "тяжести" положительных и отрицательных зарядов не совпадают, то молекула обладает постоянным дипольным моментом: ? =е•l, (10) где l - расстояние между центрами электрических зарядов. Мерой полярности молекулы служит величина дипольного момента, которую выражают в дебаях (D): D = 3,33564·10-30 Кл·м Если в двухатомных молекулах простых веществ, т. е. состоящих из одинаковых атомов, и в многоатомных молекулах сложных веществ, обладающих высокой симметрией, центры "тяжести" разноименных электрических зарядов совпадают (l = 0), то такие молекулы не обладают постоянным моментом (? = 0) и являются неполярными. В результате центры "тяжести" положительных и отрицательных зарядов совпадать не будут, и в молекуле будет возникать индуцированный (наведенный) диполь, момент которого пропорционален напряженности электрического поля: ?инд = ?D•Е, (11) где Е - напряженность внутреннего электрического поля в молекуле [эл. ст. ед./см2; Кл/см2]В электрическом (электромагнитном) поле молекулы поляризуются и возникает состояние напряженности, характеризуемое величиной диэлектрической проницаемости (?) вещества, которая входит в уравнение закона Кулона и может быть определена экспериментально. Измеряя диэлектрическую проницаемость, характеризующую вещество в целом, можно определить по теории поляризации диэлектриков электрооптические параметры его молекул, св

Оглавление

Введение

1. Некоторые понятия физической оптики

1.1 Распространение света

1.2 Показатель преломления света (показатель рефракции)

1.3 Дисперсия света

1.4 Полное внутреннее отражение

2. Дипольные моменты и рефракция

2.1 Поляризуемость и дипольный момент

2.1.1 Молярная поляризуемость

2.2 Молярная рефракция

3. Рефракция и структура молекул

3.1 Аддитивность рефракции

3.2 Оптическая экзальтация

3.3 Дисперсия молекулярной рефракции

3.4 Рефракция и размеры молекул

4. Рефрактометрия растворов

4.1 Анализ двухкомпонентных растворов

4.2 Анализ трехкомпонентных растворов

5. Рефрактометрия полимеров

Заключение

Список используемой литературы

Рефрактометрический метод имеет многолетнюю историю применения в химии.

Рефрактометрия (от латинского refraktus - преломленный и греческого metreo - мерю, измеряю) - это раздел прикладной оптики, в котором рассматриваются методы измерения показателя преломления света (n) при переходе из одной фазы в другую, или, иными словами, показатель преломления n - это отношение скоростей света в граничащих средах.

Применительно к химии рефракция имеет более широкое смысловое значение. Рефракция R (от латинского refractio - преломление) есть мера электронной поляризуемости атомов, молекул, ионов.

Поляризация электронных облаков в молекулах отчетливо проявляется в инфракрасном (ИК) и ультрафиолетовом (УФ) поглощении веществ, но в еще большей степени она ответственна за явление, которое количественно характеризуется молекулярной рефракцией.

Когда свет как электромагнитное излучение проходит через вещество, то даже в отсутствие прямого поглощения он может взаимодействовать с электронными облаками молекул или ионов, вызывая их поляризацию. Взаимодействие электромагнитных полей светового пучка и электронного поля атома приводит к изменению поляризации молекулы и скорости светового потока. По мере возрастания поляризуемости среды возрастает и n - показатель, величина которого связана с молекулярной рефракцией. Указанное явление используется наряду с методом дипольных моментов для изучения структуры и свойств неорганических, органических и элементоорганических соединений.

Рефрактометрия широко применяется также для определения строения координационных соединений (комплексов молекулярного и хелатного типа), изучения водородной связи, идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ.

В производственной практике показатель преломления света n используется для контроля степени чистоты и качества веществ; в аналитических целях - для идентификации химических соединений и их количественного определения. Таким образом, рефрактометрия - это метод исследования веществ, основанный на определении показателя преломления (коэффициента рефракции) и некоторых его функций. Из функций n, используемых в химии, наибольшее значение имеют: функция Лоренца - Ленца, производная n по концентрации растворенных веществ (инкремент n) и дисперсионные формулы, включающие разности показателей преломления для двух длин волн. Инкременты n используют в жидкостной хроматографии и при определении молекулярной массы полимеров методом рассеяния света. Для рефрактометрического анализа растворов в широких диапазонах концентраций пользуются таблицами или эмпирическими формулами, важнейшие из которых (для растворов сахарозы, этилового спирта и др.) утверждаются международными соглашениями и лежат в основе построения шкал специализированных рефрактометров для анализа промышленной и сельскохозяйственной продукции. Разработаны способы анализа трехкомпонентных растворов, основанных на одновременном определении n и плотности или вязкости, либо на осуществлении химических превращений с измерением n исходных и конечных растворов; эти способы применяют при контроле нефтепродуктов, фармацевтических препаратов и др. Идентификация органических соединений, минералов, лекарственных веществ осуществляется по таблицам n, приводимым в справочных изданиях. Преимуществами рефрактометрического метода являются его простота и относительно невысокая стоимость приборов для определения коэффициента преломления света.