- •Кондуктометрический метод анализа
- •Подвижность ионов* при 25 °с
- •Зависимость электропроводности от концентрации
- •Лабораторные работы
- •1. Определение концентрационной зависимости электропроводности сильного электролита. Порядок выполнения работы
- •2. Определение удельной электропроводности воды. Порядок выполнения работы
- •3. Проверка закона разбавления Оствальда методом электропроводности.
- •Контрольные вопросы.
- •Кондуктометрическое титрование.
- •Определение иона so42- методом кондуктометрического титрования
- •5. Определение соляной и уксусной кислот при совместном присутствии
- •Фотометрический метод анализа
- •Лабораторные работы
- •Фотометрическое определение железа (III) методом сравнения
- •2. Фотометрическое определение меди в растворе методом градуировочного графика
- •Контрольные вопросы
- •РефрактометриЧеский метод анализа
- •Поляризация и рефракция молекул
- •Лабораторные работы
- •1.Определение содержания спирта в растворе
- •2. Идентификация вещества по значению его показателя преломления и молярной рефракции.
- •3.Определение влаги в растительных маслах.
- •Контрольные вопросы
- •Импульсный метод ямр
- •Лабораторные работы
- •1.Исследование структурных и сорбционных характеристик вещества импульсным методом ядерного магнитного резонанса.
- •2. Определение концентрации парамагнитных ионов в растворе импульсным методом ямр.
- •Коэффициенты релаксационной эффективности
- •Контрольные вопросы
- •Хроматографический метод анализа
- •Лабораторные работы
- •Определение натрия и аммония при совместном присутствии методом ионообменной хроматографии.
- •Разделение и обнаружение ионов методом бумажной хроматографии
- •Контрольные вопросы
- •Радиометрический метод
- •Некоторые типы радиоактивных превращений
- •Регистрация излучений
- •Лабораторные работы
- •Определение характеристик счетчика Гейгера-Мюллера
- •Снятие кривых ослабления радиоактивного излучения в различных материалах
- •Контрольные вопросы
- •Исследование поверхностных явлений
- •Лабораторная работа
- •Исследование адсорбции поверхностно-активных веществ (пав)
- •На границе раздела раствор - газ
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Содержание
- •424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3
- •424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17
РефрактометриЧеский метод анализа
Показатель преломления. Явление преломления света — отклонение световых лучей от первоначального направления, происходящее на границе раздела двух сред, связано с различием в скорости распространения света в различных средах.
Абсолютным показателем преломления света N для данного прозрачного вещества является отношение скорости света в вакуумеVв к скорости распространения света в среде (в данном веществе) Vc
Так как скорость света в вакууме является предельной, то показатели преломления для всех веществ и любых сред будут больше единицы. Может быть доказано, что при всех обстоятельствах имеет место равенство:
Исходя из того, что N>1, следует, что sin>sin и > (рис.1). Таким образом, при переходе светового луча из вакуума - оптически наименее плотной среды – в какую-либо другую угол падения () всегда больше угла преломления ().
Если рассматривать вообще две каких-нибудь среды (I и II), то преломление одной из них (среды II) при попадании в нее света из среды I (с меньшей оптической плотностью) будет характеризоваться относительным показателем преломления (nотн):
nотн= VI/VII
где VI и VII —скорости распространения света соответственно в среде I и в среде II .
Когда говорят о показателях преломления твердых и жидких тел, то обычно имеют в виду их относительные показатели преломления по отношению к воздуху. Эти величины обозначаются буквой n и называются просто показателями преломления.
Практически показатель преломления вещества относительно воздуха можно считать равным его абсолютному показателю преломления. Величина показателя преломления зависит от природы вещества, длины волны падающего света, температуры и давления (для газообразных тел).
Поляризация и рефракция молекул
Молекулы могут быть разделены на два типа: полярные и неполярные. Однако, если неполярная молекула помещена во внешнее постоянное электрическое поле или в электрическое поле соседней полярной молекулы или иона, то легко подвижные электроны претерпевают некоторое смещение, в результате чего появляется наведенный (индуцированный) дипольный момент. Смещение в электрическом поле претерпевают и атомы, входящие в состав полярных молекул. Полярные молекулы ориентируются в электрическом поле.
Смещение электронов, атомов, ориентация молекул в электрическом поле называется поляризацией П. Общая поляризация молекул складывается из электронной Пэл, атомной Пат, и ориентационной Пор: П = Пэл + Пат + Пор
Электронная и атомная поляризуемость молекулы (способность молекул к поляризации) не зависит от температуры, а ориентационная поляризуемость обратно пропорциональна абсолютной температуре, так как хаотическое тепловое движение молекул нарушает ориентацию.
Поляризация диэлектрика связана с диэлектрической проницаемостью по уравнению Дебая:
где ε–диэлектрическая проницаемость диэлектрика, М -молекулярный вес вещества,d-плотность.
При смене полюсов внешнего электрического поля происходит переориентация полярных молекул и изменение направления вектора наведенного диполя. При увеличении частоты электрического поля сначала исчезает ориентационная поляризация. Полярные молекулы не успевают следовать за сменой направления электрического поля. При дальнейшем увеличении частоты исчезает и атомная поляризация. Электронная поляризация сохраняется даже в переменном электрическом поле с частотой 1015 сек-1., что соответствует частоте электромагнитных колебаний видимого света.
Электронная поляризация иначе называется молярной рефракциейRм.
где Rм—молярная рефракция, м3/кмоль, n—показатель преломления для лучей видимого света, М—молекулярный вес вещества, d—плотность вещества при температуре измерения показателя преломления.
Диэлектрическая проницаемость диэлектрика равна квадрату коэффициента преломления при бесконечно большой длине волны ε =n2, где n-показатель преломления света с бесконечно большой длиной волны. Следовательно
Величина молярной рефракции не зависит от агрегатного состояния вещества и от температуры. По физическому смыслу и по размерности молярная рефракция представляет собой объём, занимаемый молекулами 1 моль вещества.
Объём обладает свойством аддитивности, т.е. объём целого равен сумме объёмов всех его составных частей. Так как двойная и тройная связь, а также напряжённые циклы образуются за счёт π-связей с легко подвижными электронами, то поляризация и следовательно, молярная рефракция таких соединений увеличивается
Rм = nRат + nRциклов + nRкратных связей,
где Rат-атомная рефракция, Rциклов-рефракция циклов, Rкратных связей-рефракция связей, и n-число атомов, циклов, связей.
На основании экспериментально определённой молярной рефракции и вычисленной по данному уравнению можно установить структуру молекулы. Для этого надо подобрать такую структурную формулу соединения, для которой вычисленное значение рефракции будет равно экспериментальному.
Рефракция, отнесенная не к одному киломолю, а к одному килограмму вещества, называется удельной рефракцией Rуд
Применение удельной рефракции целесообразно при работе с растворами. Для раствора вещества А в растворителе Б можно записать:
Rуд(А+Б) =Rуд(А)x+ Rуд(Б)(1-х)
где Rуд(А+Б) -удельная рефракция раствора, Rуд(А) -удельная рефракция вещества А, Rуд(Б) -удельная рефракция растворителя Б, х - весовая доля вещества А в растворе.
Показатель преломления определяется на рефрактометре, принцип действия которого основан на точном измерении угла полного внутреннего преломления света на границе двух сред - изучаемого вещества и призмы с известным значением показателя преломления.
Теоретические основы рефрактометрических измерений.
Рассмотрим преломление светового луча на границе двух каких-либо прозрачных средI и II. Условимся, что вторая среда обладает большей преломляющей способностью, и следовательно, n1<n2, где n1 и n2, - показатели преломления соответствующих сред. Величина относительного показателя преломления. nотн может быть также определена как отношение показателей преломления рассматриваемых сред. Следовательно,
П
Рис.
2
Полное внутреннее отражение
И
Рис.
3
Принципиальная схема измерения
предельной величины угла преломления
Тогда n1 = n2*sin.
Исходя из выведенного соотношения, ясно, что для того, чтобы определить n1 , достаточно измерить величину угла . К этому и сводится экспериментальная задача. На рис.3 видно, что при изменении угла падения от 0 до 90° преломленные лучи не выйдут за пределы пучка, резко ограниченного лучамиОА и 0В.
Пространство за лучом 0В лишено освещения, следовательно, луч 0В является границей света и темноты. Если на пути преломленных лучей установить перемещающуюся зрительную трубу таким образом, чтобы в каждом из возможных ее положений оптическая ось (линия, соединяющая центры всех линз трубы, вдоль которой луч проходит, нигде не меняя своего направления) ее совпадала с направлением одного из преломленных лучей, то очевидно, что в положении I (рис.3) все поле зрения в трубе окажется полностью освещенным, а в положении III - полностью затемненным. В промежуточном положении II, когда с оптической осью совпадет луч 0В, являющийся границей света и темноты, одна половина поля зрения в трубе будет затемнена, а другая освещена. В этом случае угол между перпендикуляром к поверхности раздела сред и оптической осью трубы и есть, очевидно, искомый угол , который легко измерить по положению трубы относительно специальной шкалы. При данной преломляющей (II среде) с некоторым определенным показателем преломления n2 величина угла будет определяться значением искомого показателя преломления n1, т. е. природой исследуемой среды I. Шкалу прибора можно, поэтому, проградуировать непосредственно в величинах показателей преломления.
Ход определения показателя преломления с помощью рефрактометра.
Открыть осветительное оконце и отвести оправу с прикрывающей призмой вверх до отказа. Круглой стеклянной палочкой перенести на измерительную плоскость рефрактометрической призмы несколько капель исследуемой жидкости так, чтобы после закрытия призм вся измерительная плоскость была покрыта жидкостью. (!!!) Перед нанесением жидкости и после каждого измерения поверхность призм необходимо очистить мягкой тряпочкой, смоченной чистым спиртом и дать высохнуть). Следует избегать прикосновения пальцами к измерительной плоскости и испытуемой жидкости. Опустить прикрывающую призму и дожать её к измерительной плоскости. Подождать несколько секунд до уравнивания температуры жидкости и призм. Установить осветительное оконце прикрывающей призмы в направлении самого интенсивного источника света. Путём вращения головок с накаткой получить резкое, чёткое, бесцветное разграничение светлого и тёмного поля в поле зрения окуляра. Вращая головку с накаткой, находящуюся с левой стороны корпуса рефрактометра, навести граничную линию точно на середину перекрестия в верхнем окне окуляра. Вертикальная линия в нижнем оконце окуляра указывает в этот момент результат измерения показателя преломления.