Таразский государственный педагогический институт	Ф 02/067
	Методические указания к практическим занятиям Учебно-методическое управление Стр. 12 из 12	СМК «Учебно-методический» КП ОП 07 - 2011 Изд. 1Экземпляр №1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ТАРАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Декан ЕНФ

к.ф-м.н, доцент Бижигитов Т.Б.

_____________________

«05»_09__2012 г.

Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Строение вещества»

Кафедра: Химия и методика преподавания химии

Специальность: 5В011200-«Химия»

Код дисциплины: SW 4309

2012-2013 гг., семестр 5

Количество кредитов: 2

Лекции: 15 часов

Практические: 15 часов

СРСП: 30 часов

СРС: 30 часов

Ф.И.О. преподавателя:

Должность: , кандидат химических наук

Тараз

Методические рекомендации были составлены на основе типовой учебной программы, разработанной кафедрой химии и методики преподавания естественных дисциплин КазНПУ им. Абая. Типовая учебная программа утверждена и введена в действие приказом МОН РК от 11. 05. 2005 г., № 289.

Методические рекомендации были обсуждены на кафедре «Химия и методика преподавания химии» 31. 08. 2012 г. Протокол № 1

Методические рекомендации были одобрены комитетом по рабочим программам факультета.

Протокол № 1 «5» сентября 2012 г.

Председатель комитета

по рабочим программам ЕНФ Надырбекова А.

Согласовано:

Заведующий выпускающей кафедрой Мажибаев А.К.

Содержание

Введение

Практическое занятие № 1. Геометрия молекулы. Типы изомерии ядерного скелета. Определение и нахождение основных элементов и операций симметрии.

Практическое занятие №2. Определение молярной рефракции вещества и установление его структуры. Расчет рефракции по правилу аддитивности.

Практическое занятие №3. Определение дипольного момента вещества рефрактометрическим способом.

Практическое занятие №4. Квантово-химический расчет структуры химических соединений на примере трихлоруксусной кислоты.

Практическое занятие № 5. Электрический дипольный момент молекулы. Расчет дипольных моментов через значения поляризации. Расчет дипольного момента молекул квантово-химическими методами (WIN MOPAC, HYPER CHEM, CHEM 3D)

Практическое занятие № 6. Расчет свойств двухатомных молекул по колебательным спектрам.

Практическое занятие № 7. Расчет свойств двухатомных молекул по вращательным спектрам.

Практическое занятие № 8. Изучение реакций комплексообразования по электронным спектрам поглощения в видимом участке спектра

Практическое занятие № 9. ИК спектры поглощения двухатомных молекул. Определение межъядерных расстояний, частот колебаний и термодинамических функций.

Практическое занятие №10. Электронный спектр поглощения галогенов. Определение энергии диссоциации и других молекулярных постоянных.

Практическое занятие №11. Исследование ИК-спектра поглощения смеси многоатомных молекул в газовой фазе

Литература

Введение

Методические рекомендации по дисциплине "Этнология" предназначены для студентов первых и вторых курсов по специальности 5В011400-«История», изучающих этнические процессы современной истории. Предмет "этнология", введенный несколько лет назад в учебные планы университетов и педагогических институтов, предполагает изучение и освоение учащимися вопросов теории этноса и этничности, этногенеза и этнической истории, традиционных и современных форм жизнедеятельности этносов, особенностей межэтнической коммуникации, этнической картины мира, этнического сознания и т.д. В то же время данная базовая общекультурная дисциплина включает в себя обращение к этническим проблемам различных зарубежных регионов мира: Европы, Азии, Австралии и Океании, Африки, Северной, Центральной и Южной Америки. В результате весь комплекс проблематики искомой методической работы затрагивает главным образом исследования по зарубежной этнологии.

Практическое занятие № 1. Геометрия молекулы. Типы изомерии ядерного скелета. Определение и нахождение основных элементов и операций симметрии.

Практическое занятие № 2. Определение молярной рефракции вещества и установление его структуры. Расчет рефракции по правилу аддитивности.

Теория.

Поляризация и поляризуемость мо­лекул

Все молекулы могут быть разделены на два типа: полярные и неполярные. Однако, если даже неполярная молекула помещена во внешнее электрическое поле или в электрическое поле соседней поляр­ной молекулы или иона, то легко подвижные электроны претерпе­вают некоторое смещение, в результате чего появляется наведенный или индуцированный дипольный момент. Смещение в электрическом поле претерпевают и атомы, входящие в состав молекул. Полярные молекулы ориентируются в электрическом поле и в них также проис­ходит смещение атомов и электронов.

Смещение электронов, атомов, ориентация молекулы в электриче­ском поле называется поляризацией. Величина поляризации П зави­сит от способности молекул к поляризации. Способность молекул к поляризации характеризуется поляризуемостью. Поляризация моле­кул складывается из электронной П_Эл, атомной П_ат и ориентационной П_ор поляризаций

П = П_эл + П_ат + П_ор (1)

Поляризуемость молекулы α равна сумме электронной, атомной и ориентационной поляризуемости

α = α_эл + α_ат + α_ор (2)

Электронная и атомная поляризуемости не зависят от температуры. Ориентационная поляризуемость обратно пропорциональна абсолют­ной температуре, так как хаотическое тепловое движение молекул нарушает ориентацию.

Поляризация диэлектрика рассчитывается по уравнению Дебая:

(3)

где  — диэлектрическая проницаемость диэлектрика; М — моле­кулярный вес вещества; d — плотность.

Зависимость поляризации от температуры выражается уравнением:

(4)

где N_A = 6,024·10²⁶ — число Авогадро;  — дипольный момент молекулы кг^1/2·м^5/2·сек^-1; k_Б — постоянная Больцмана; k_Б — 1,38·10^-23 дж/град. Согласно уравнениям (1) и (2) ориентационная поляризуе­мость будет

(5)

Поляризация неполярных молекул ( = 0) от температуры не зависит

При изменении направления внешнего электрического поля про­исходит переориентация полярных молекул и изменение направления вектора наведенного диполя. При увеличении частоты электрического поля сначала отпадает ориентационная поляризация. Полярные мо­лекулы не успевают следовать за сменой направления электрического поля. При дальнейшем увеличении частоты отпадает атомная поля­ризация. Электронная же поляризация сохраняется даже в переменном электрическом поле с частотой 10¹⁵ сек-¹, что соответствует частоте электромагнитных колебаний видимого света.

При бесконечно большой длине волны диэлектрическая проницае­мость диэлектрика будет

 = n², (6)

где n — показатель преломления света при. Из уравне­ния (6) следует, что

(7)

Молярная рефракция представляет собой электронную поляри­зацию и может быть рассчитана по уравнению:

где R_m — молярная рефракция, м³/кмоль; n — показатель преломле­ния для лучей видимого света; М — молекулярный вес веществу; d — плотность вещества при температуре измерения показателя пре­ломления.

Молярная рефракция не зависит от агрегатного состояния веще­ства и от температуры. По величине молярная рефракция сходна с поправкой b в уравнении Ван-дер-Ваальса. Сумма объемов молекул одного моля вещества равна молярной рефракции.

Объем обладает свойством аддитивности, т. е. объем целого равен сумме всех объемов его составных частей. Так как двойная и тройная связь, а также напряженные циклы образуются за счет -связей с легко подвижными электронами, то поляризация и, следовательно, молярная рефракция таких соединений увеличивается. Соединения, имеющие сопряженные двойные связи, обладают я-электронами с осо­бой подвижностью по сравнению с соединениями с изолированными двойными связями. Наличие подвижных -электронов увеличивает показатель преломления и молярную рефракцию

(9)

где R_ат — атомная рефракция; R_циклов — рефракция циклов; R_{кратных связей} - рефракция связей; m — число атомов, циклов, крат­ных связей.

По молярной рефракции можно установить структуру молекулы. Для определения структуры молекулы подбирают такую структурную формулу, для которой вычисленная молярная рефракция по уравне­нию (9) равна экспериментально полученному значению.

Ход работы

1. Измерить показатель преломления жидкого вещества при опре­деленной температуре. 2. Измерить плотность вещества при этой же температуре. 3. Рассчитать по уравнению (8) молярную рефракцию. 4. Написать все возможные структурные формулы вещества на осно­вании эмпирической формулы. 5. Рассчитать по уравнению (9) молярные рефракции веществ всех возможных структур. 6. Сопоста­вить экспериментально полученную рефракцию с рассчитанными и сделать заключение относительно структурной формулы исследуе­мого вещества.

Практическое занятие № 3. Определение дипольного момента вещества рефрактометрическим способом.

Теория

Дипольный момент молекул

Дипольный момент — основная векторная характеристика ди­поля, численно равная произведению заряда полюса диполя на рас­стояние между полюсами. Дипольный момент сложных молекул пред­ставляет векторную сумму дипольных моментов групп, из которых состоят эти молекулы. Дипольный момент может быть определен по уравнению (4). Для этого необходимо установить экспериментально зависимость по­ляризации от температуры. Уравнение (4) может быть записано

где

; (15)

Выражение (15) есть уравнение прямой в координатах П—(1/Т). Для определения поляризации измеряют диэлектрическую проницаемость и плотность исследуемого вещества при нескольких тем­пературах. На основании полученных величин строится график П = f (1/Т). По тангенсу угла наклона этой прямой к оси абсцисс, равному В, вычисляется дипольный момент

, (16)

Ход работы

1. Приготовить несколько разбавленных растворов полярного вещества в неполярном растворителе. 2. Измерить емкость конден­сатора, заполненного растворителем и каждым из приготовленных растворов. 3. Рассчитать диэлектрическую проницаемость каждого из растворов, используя табличное значение диэлектрической прони­цаемости растворителя, взятое из справочника при той же темпе­ратуре, при которой производились измерения емкости. 4. Измерить плотности растворов всех концентраций при той же температуре, при которой были измерены емкости. 5. Рассчитать по уравнению (22) поляризацию растворенного вещества. 6. Построить график зависи­мости поляризации растворенного вещества от концентрации раствора и экстраполировать зависимость до предельного разбавления. 7. Оп­ределить показатель преломления растворенного вещества и вычис­лить молярную рефракцию. 8. Рассчитать по уравнению (16) дипольный момент растворенного вещества.