Refraktometria. sin β sin β

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Refraktometria. sin β sin β"

Teodor Bogumił Skowroński
7 lat temu
Przeglądów:

1 efraktometra Prędkość rozchodzena sę promen śwetlnych zależy od gęstośc optycznej ośrodka oraz od długośc fal promenena. Promene śwetlne padając pod pewnym kątem na płaszczyznę granczących ze sobą dwóch różnych ośrodków przeźroczystych ulegają częścowo odbcu, a częścowo załamanu (rys. 10). To ostatne zjawsko zwązane jest ze zmaną prędkośc rozchodzena sę promen śwetlnych w różnych ośrodkach. promeń padający promeń odbty ys. 10. Zmana kerunku promen śwetlnych na powerzchn grancznej dwóch ośrodków Na rysunku tym, kąt α mędzy promenem padającym, a prostą prostopadłą do płaszczyzny rozgranczającej dwa ośrodk nos nazwę kąta padana. Kąt α to kąt odbca, a kąt β to kąt załamana. Zgodne z prawem Snellusa, stosunek snusa kąta padana do snusa kąta załamana jest dla danej pary ośrodków welkoścą stałą, zwaną współczynnkem załamana równą stosunkow prędkośc śwatła w obydwu ośrodkach. Zależność ta jest określona równanem: sn α c1 n1, sn β c promeń załamany w którym n 1, jest współczynnkem załamana ośrodka drugego względem perwszego, a c 1 c to prędkośc śwatła w obydwu ośrodkach. Jeżel załamane śwatła następuje w ten sposób, że kąt β < α, to ośrodek drug nos nazwę optyczne gęstszego nż perwszy. Gdy promeń śwetlny przechodząc z ośrodka optyczne rzadszego do gęstszego pada na powerzchnę granczną pod kątem 90 0, to załamane następuje pod kątem β g, który nazywamy kątem grancznym. ównane przedstawone wyżej przyjme wówczas następującą postać: 0 sn 90 1 n1, sn β sn β 1

2 Z zależnośc przedstawonej tym równanem wynka możlwość pomaru współczynnka załamana śwatła przez zmerzene wartośc kąta grancznego. W stałej temperaturze współczynnk załamana śwatła (n) jest welkoścą charakterystyczną dla określonej substancj. Ze wzrostem temperatury wartośc n maleją. Na wartość współczynnka załamana wpływ ma także długość fal śwatła najczęścej stosuje sę śwatło o długośc fal równej ln D wdma emsyjnego sodu (589,3 nm), a współczynnk załamana śwatła odpowadający tej długośc fal oznacza sę symbolem n D. Zastosowane krótszych długośc fal powoduje wzrost n, a przy dłuższych falach wartość współczynnka załamana maleje. Dane dotyczące temperatury długośc fal zaznaczamy przy symbolu współczynnka załamana śwatła: n D 5 (z prawej u góry temperatura, u dołu rodzaj śwatła). Przyrządy służące do pomarów współczynnka załamana śwatła noszą nazwę refraktometrów. Ich dzałane oparte jest na zasadze pomaru kąta grancznego. Najpowszechnej używanym tego typu aparatem jest refraktometr bbego, przy pomocy którego można badać współczynnk załamana ceczy w zakrese od 1,3 do 1,7. Istotną zaletą refraktometru bbego jest możlwość wykonywana pomarów zarówno w śwetle monochromatycznym, jak bałym (zawerającym wszystke długośc fal zakresu wdzalnego np. śwatło słoneczne). Zasadnczą częścą refraktometru bbego są dwa pryzmaty, pomędzy które wprowadza sę cenką warstwę badanej ceczy. Odbte od zwercadła promene padają na perwszy pryzmat załamują sę w nm przechodzą do ceczy. Stykająca sę z ceczą powerzchna perwszego pryzmatu jest matowa, przez co śwatło rozprasza sę na tej powerzchn na cecz padają promene pod wszystkm możlwym kątam. Poneważ cecz jest ośrodkem optyczne rzadszym węc do drugego pryzmatu przechodz tylko część śwatła - promene padające pod kątem mnejszym lub równym kątow grancznemu. Promeń padający pod katem grancznym rozdzela przestrzeń ośwetloną od neośwetlonej. Przez odpowedn obrót pryzmatów właścwe ch ośwetlene prowadz sę promene w ten sposób, aby granca pola cemnego jasnego wypadła w środku okularu (na skrzyżowanu nc pajęczych). Obrót pryzmatów schynchronzowany jest ze skalą przyrządu, na której odczytuje sę wartość współczynnka załamana. Pomary wartośc współczynnka załamana śwatła wykorzystuje sę od celów analtycznych, do dentyfkacj substancj lub badana ch stopna czystośc. Znając wartość współczynnka załamana śwatła, można oblczyć refrakcję molową czystej substancj lub wartość refrakcj molowej oru. efrakcja molowa ( ) jest welkoścą charakterystyczną stałą dla danego zwązku chemcznego, ne zależy od

3 temperatury, cśnena w zasadze od stanu skupena substancj. Na jej welkość wpływ ma natomast długość fal śwatła stosowanego przy wyznaczanu współczynnka załamana śwatła. n 1 n + d [ ] m 3 mol -1 gdze: n współczynnk załamana śwatła (czystej) substancj - masa molowa d- gęstość efrakcja molowa wąże sę główne z polaryzacją elektronową w cząsteczce, występującą przy przejścu śwatłą przez materę. Polaryzacja ta wynka z zaburzena rozkładu gęstośc elektronowej wokół jąder atomowych. Pod wpływem pola elektrycznego ndukowany jest w każdym atome moment dpolowy, proporcjonalny do natężena pola. efrakcja molowa wykazuje właścwośc addytywne, tzn. jest sumą udzałów refrakcj atomów refrakcj wązań występujących w cząsteczce określonego zwązku gdze: n + a 1 1 n a, w - refrakcja atomów, refrakcja wązań n - lczba określonych atomów lub wązań w Na podstawe powyższego wzoru można oblczyć refrakcję molową zwązku, gdy znana jest jego budowa. Welkość tę można wyznaczyć równeż dośwadczalne, merząc współczynnk załamana gęstość substancj. Znając dośwadczalną wartość refrakcj, można ustalć rozmeszczene atomów wązań występujących w cząsteczce zwązku. efrakcja molowa oru także wykazuje właścwośc addytywne równa sę sume udzałów refrakcj molowych poszczególnych składnków oru. Dla orów dwuskładnkowych welkość tę można wyrazć wzorem:. x x gdze: x 1 x - ułamk molowe substancj 1 w orze 1 - refrakcje molowe czystych substancj Dośwadczalną wartość refrakcj molowej oru wyznacza sę z równana: n 1 x11 + x. n + d gdze: n. d. - współczynnk załamana gęstość oru x 1 x oraz 1 - ułamk molowe masy molowe składnków oru Zależność ta może być także wykorzystywana do wyznaczana refrakcj molowej czystego składnka, dla którego pomar gęstośc współczynnka załamana jest technczne trudny. 3

4 Ćwczene 8 Wyznaczane refrakcj molowej sprawdzane jej właścwośc addytywnych. 1. Wyznaczane współczynnka załamana meszanny rozpuszczalnków Sporządzć po 10 g meszanny rozpuszczalnków (rozpuszczalnk wskaże asystent prowadzący ćwczena) wg tabel 1 % wagowy rozpuszcz w Ilość meszanny (g) rozpuszcz (g) rozpuszcz (g) rozpuszcz (cm 3 ) rozpuszcz (cm 3 ) by unknąć ważena orów należy przelczyć masę na objętość na podstawe gęstośc podanych w tabel. Nazwa zwązku asa molowa () Gęstość (d) [g/cm 3 ] chloroform 119,39 1,49 benzen 78,11 0,88 doksan 88,11 1,03 propanol 60,09 0,8004 zo-propanol 60,11 0,787 heksan 86,18 0,66 butanol 74,1 0,8066 glkol etylenowy 6,07 1,11 metanol 3,04 0,79 etanol 46,07 0,791 aceton 58,08 0,791 cykloheksan 78,05 0,779 W stałej temperaturze zmerzyć kolejno współczynnk załamana śwatła przygotowanych orów oraz czystych składnków. Pomarów dokonać przy użycu refraktometru bbego. 4

5 W tym celu należy otworzyć (rozchylć) komorę pryzmatu pomarowego, przetrzeć ją wackem zwlżonym alkoholem delkatne osuszyć. Następne za pomocą ppety nanosmy badany ór, tak aby pokrył on cała powerzchnę dolnego pryzmatu. Po zamknęcu komory pryzmatu dokonujemy pomaru współczynnka załamana śwatła. Kręcąc dużym pokrętłem z prawej strony przyrządu możemy ustawć w polu wdzena lnę rozgranczającą jasną cemną część obrazu. Obracając małym pokrętłem z lewej strony przyrządu możemy uzyskać ostrą, wyraźną, lnę rozgranczającą jasne cemne pole wdzane w okularze. Obracając pokrętłem z prawej strony refraktometru należy tak ustawć grancę fazy ośwetlonej neośwetlonej, aby ta granca przechodzła dokładne przez przecęce skrzyżowanych ln (nc pajęczych) wdocznych w okularze. W drugm okularze można dokonać odczytu współczynnka załamana śwatła. Wynk pomarów wpsać do tabel 3. Tabela 3. % wag. rozpuszcz. w orze ułamek molowy w orze Wzór na oblczane ułamków molowych: współczynnk załamana śwatła (n) oru gęstość oru (d) [g/cm 3 ] refrakcja dośwadcz. oru [cm 3 /mol] x n n + n x n n + n x + x 1 gdze: n - lczba mol składnka n - lczba mol składnka Na podstawe uzyskanych wynków wykonać wykres funkcj f (x ). Prostolnowy przebeg funkcj f (x ) potwerdzałby addytywność refrakcj molowej oru. *) gęstość oru możemy wylczyć z zależnośc m/v ( meszanny (g)/ sumaryczna objętość orów (cm 3 )) 5

Podobne dokumenty

Refraktometria. sin β sin β

Refraktometria. sin β sin β Refraktometria Prędkość rozchodzenia się promieni świetlnych zależy od gęstości optycznej ośrodka oraz od długości fali promienienia. Promienie świetlne padając pod pewnym kątem na płaszczyznę graniczących