Экспериментальная часть

Экспериментальное определение рефракции сводится к измерению показателя преломления (n). При переходе луча света из оптически более плотной среды (А на рис. 1.4.), например, стекло, в оптически менее плотную (исследуемая жидкость; В на рис. 1.4.) угол падения (α) меньше угла преломления (β).

Рис. 1.4. Преломление луча света при переходе из среды А в исследуемую жидкость В

Увеличивая угол падения можно добиться полного внутреннего отражения, при котором луч не попадает в оптически менее плотную среду (исследуемую жидкость). Угол (α₀), при котором преломленной луч скользит по поверхности раздела сред (β₀=90⁰), называется углом полного внутреннего отражения. Измерив, этот угол можно найти показатель преломления:

.

Это явление положено в основу конструкций большинства рефрактометров. Главная часть их состоит из двух призм: осветительной и рабочей, между которыми помещают слой исследуемого вещества. Призму освещают белым светом при помощи зеркала. Свет, проходя через осветительную призму с шероховатой поверхностью, рассеивается и попадает на поверхность раздела сред под разными углами, в том числе и под углом полного внутреннего отражения (α₀). Поэтому в исследуемую жидкость попадает лишь часть лучей, проходящих через осветительную призму, и поле, видимое в окуляр, делится лучом (α₀) на светлую и темную части.

Угол полного внутреннего отражения (α₀) находят по границе раздела света и тени в окуляре рефрактометра. В зависимости от типа рефрактометра это достигается либо перемещением штрихового визира (типа РПЛ) или перекрестия (тип УРЛ) маховиком до границы раздела света и тени в окуляре, либо перемещением границы радела света и тени до перекрестия (типа ИРФ). После совмещения снимают показания показателя преломления (n) по шкале. Как пользоваться этой шкалой показано на рис. 1.5, где

Рис. 1.5 Показатели преломления Н₂О на рефрактометрах типа: а) РПЛ, б) УРЛ, в) ИРФ

показаны показатели преломления воды на рефрактометрах различных типов, значение которого n_{H O}=1,333.

Вопросы для защиты лабораторной работы 1

1.1. Что такое атом, молекула, химическая связь?

1.2. Чем характеризуется полярная молекула?

1.3. Что такое поляризация и какие виды поляризации различают для полярных молекул?

1.4. Какую поляризацию называют молярной рефракцией?

1.5. Каким свойством обладает молярная рефракция?

1.6. Как с помощью свойства аддитивности молярной рефракции сделать вывод о строении органической молекулы?

1.7. Принцип измерения молярной рефракции.

Лабораторная работа 2. Кинетика химических реакций

В разделе физической химии, называемой «Химическая кинетика», изучают скорость химических реакций и влияющие на нее факторы, а также механизмы химических реакций.

2.1. Скорость химической реакции

Скорость химической реакции – это изменение концентрации реагирующих веществ за единицу времени. Если за какое-то время  концентрация реагирующего вещества изменилась на величину Dс, то средняя скорость реакции:

(2.1.)

В ходе реакции ее скорость не остается постоянной, она максимальна в начальный момент и далее постепенно уменьшается. Если взять бесконечно малый отрезок времени dt, получаем выражение для мгновенной скорости в любой конкретной момент времени:

.

Если о скорости реакции судить по изменению концентрации продуктов реакции, то производная имеет знак «+», так как их концентрация с течением времени увеличивается. Если же судить по изменению концентрации исходных веществ, которая уменьшается с течением времени, то производная отрицательна. Но скорость не может быть отрицательной, поэтому в этом случае перед производной стоит знак «-». Размерность скорости реакции: [размерность концентрации · время ^-1 ].

Экспериментально установлено, что на скорость химических реакций влияют следующие факторы:

1. Природа реагирующих веществ. Например, скорость реакций, в которых взаимодействуют ионы, выше тех, в которых взаимодействуют ковалентно связанные молекулы. Или, если реагирующие молекулы достаточно сложны, то скорость реакции еще меньше, так как для того, чтобы между ними произошла реакция, они должны быть определенным образом ориентированы в пространстве.

2. Концентрация реагирующих веществ. Скорость химической реакции, при прочих равных условиях, зависит от числа столкновений реагирующих частиц в единицу времени. Вероятность столкновений зависит от количества частиц в единице объема, т.е. от концентрации. Поэтому скорость реакции увеличивается с повышением концентрации.

3. Физическое состояние веществ. В гомогенных системах скорость реакции зависит от числа столкновений частиц в объеме раствора или газа. В гетерогенных системах химическое взаимодействие происходит на поверхности раздела фаз. Увеличение площади поверхности твердого вещества при его измельчении облегчает доступ реагирующих частиц к частицам твердого вещества, что приводит к существенному ускорению реакции.

4. Температура оказывает существенное влияние на скорость химических реакций. При увеличении температуры повышается кинетическая энергия частиц, а, следовательно, увеличивается доля частиц, энергия которых достаточна для химического взаимодействия.

5. Наличие катализаторов. Катализаторами называются вещества, в присутствии которых изменяется скорость химических реакций. Вводимые в реакционную систему в небольших количествах и остающиеся после реакции неизменившимися, они способны чрезвычайно менять скорость процесса.