Задание для студентов по лабораторной работе №15

«Исследование зависимости показателя преломления раствора от его концентрации. Определение концентрации раствора с помощью рефрактометра»

.

Цель работы:Изучить устройство и принцип работы рефрактометра, определить зависимост показателя преломления раствора от концентрации, определить молярную рефракцию сахара. Построить график и определить, методом графического определения, коэффициенты калибровочного графика. Найти неизвестную концентрацию вещества.

Вопросы теории (исходный уровень):

Явление рефракции. Законы отражения и преломления света. Молекулярная рефракция вещества Удельная рефракция вещества Устройство рефрактометра. Определение концентрации растворов с помощью рефрактометра. Явление полного внутреннего отражения света, принципы волоконной оптики, устройство современных эндоскопов. (Самостоятельная подготовка)

Содержание занятия:

1. Выполнить работу по указаниям в руководстве к данной работе.

2. Оформить отчет.

3. Защитить работу с оценкой

1. Решить задачи.

Задачи.

1.Рассчитать критический угол падения iс, если све проходит из среды с показателем преломления п1 = 1,52 в воздушную среду (п2 = 1,00).

2.Световые лучи падают на плоскопараллельную пластину с показателями преломления п2 = 1,52 под углом i = 600. Если эта пластинка толщиной 10,0 мм окружена воздушной средой (п1 = 1,00) рассчитать угол , под которым световые лучи выходят из пластинки. (Нарисовать рисунок).

3.На пути луча света перпендикулярно ему поставлена стеклянная пластинка (п = 1,5) толщиной l = 1 мм. На сколько при этом изменится оптическая длина пути?

4.Желтому свету натрия соответствует длина волны в воздухе 589 ммк. Определить длину волны этого же света в кедровом масле, показатель преломления которого 1,52.

5.Предельный угол полного внутреннего отражения для скипидара на поверхности скипидар – воздух составляет 420 23. Определить скорость распространения света в скипидаре.

лабораторной работе №15

Исследование зависимости показателя преломления раствора от его концентрации. Определение концентрации раствора с помощью рефрактометра.

Цель:Изучить устройство и принцип работы рефрактометра, определить зависимость показателя преломления раствора от концентрации, определить молярную рефракцию сахара. Построить график и определить, методом графического определения, коэффициенты калибровочного графика. Найти неизвестную концентрацию вещества.

Оборудование:

1. Рефрактометр портативный «Карат-МТ»

2. Шесть кювет с жидкостями: одна кювета с дистиллированной водой, остальные пять с растворами сахарозы, при чем из пяти растворов четыре – известной концентрации, один - неизвестной концентрации.

3. Шесть пипеток.

4. Салфетки.

5. Набор ареометров.

6. Сосуд для измерения плотности растворов.

7. Таблицы плотностей органических веществ.

Описание прибора и принцип действия:

Принцип действия основан на явлении полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления. На рефрактометре можно исследовать вещества с показателем преломления от 1.3 до 1.5.

Все измерения проводят в «белом» свете (дневном или искусственном).

Показатель преломления прозрачных сред определяют в проходящем свете, а полупрозрачных и мутных – в отраженном.

Свет проходит осветительную призму 3, рассеивается матовой гранью призмы и поступает в исследуемую жидкость, преломляется на границе ее с измерительной призмой 2 (рис.1). Затем попадает на зеркало 1 и, отклоняясь, проходит компенсатор дисперсии (призмы прямого зрения 4, 5, 6), объектив (линзы 7, 8), призму 10, сетку 11, шкалу 9 и через окуляр (линзы 12, 13, 14, 15) попадает в глаз наблюдателя.

Наблюдая в окуляр (линзы 12, 13, 14, 15), совмещают границу светотени со штрихом сетки 11, разворачивая зеркало 1 и жестко связанную с ним шкалу 9, снимают с этой шкалы отсчет величины показателя преломления.

Для ахроматизации границы светотени служит компенсатор дисперсии, который вращается вокруг оптической оси.

Основные узлы рефрактометра смонтированы в прямоугольном металлическом корпусе. Снаружи корпуса установлены рефрактометрическая головка 1 (рис.2), каретка 8, упор 5, выведены маховички компенсатора «К» 6 и измерения «И» 7, на задней стенке – термометр. Корпус закрыт крышкой 4, на которой смонтирован окуляр 3.

Рис.1 Оптическая схема рефрактометра «Карат–МТ»

Рефрактометрическая головка (1) (рис.2) состоит из двух частей: верхней и нижней. Нижняя неподвижная часть – является измерительной, а верхняя осветительной призмой. Осветительная призма откидывается примерно на 172.° При подъеме осветительной призмы утапливается ручка (2). С помощью каретки 8 рефрактометр устанавливают на направляющую 9 футляра 11.

С помощью упора 5 и отвертки осуществляется подъюстировка, т. е. перемещение объектива (линзы 7, 8, см. рис.1) в нужную сторону при выставлении начала отсчета.

Маховичком «К» 6 (см. рис.2) поворачивают компенсатор дисперсии с целью устранения ахроматизации границы светотени, наблюдаемой в окуляр, а маховичком измерения «И» 7 разворачивают зеркало со шкалой с целью нахождения границы раздела светотени и совмещения ее со штрихом сетки.

Рис.2. Внешний вид рефрактометра «Карат-МТ»

При помощи измерений на рефрактометре определяют молекулярную рефракцию вещества.

Молекулярная рефракция. В самом общем виде зависимость некоторой функции – показателя преломления от плотности вещества может быть выражена следующим образом: f(n)=r, где r – коэффициент пропорциональности, называемый удельной рефракцией.

На основании теории о поляризации атомов и молекул веществ (диэлектрика) в электрическом поле можно показать, что f(n) имеет вид

, тогда

м³/кг

Данное уравнение является формульным выражением закона Лоренц-Лоренца.

Можно также доказать, что для данного вещества с молекулярной массой Мзначение удельной рефракцииrпрямо пропорционально поляризуемости:

,

гдеN_A– число Авогадро. С качественной точки зрения поляризуемость – мера того, насколько легко может быть возмущено исходное распределение плотности атома или молекулы внешним электрическим полем. Измеряется в м³.

Умножение удельной рефракции на молекулярную массу дает значение молекулярной рефракции R, м³/кмоль:

, или .

Из последнего выражения можно сделать весьма важный вывод: молекулярная рефракция Rзависит только от поляризуемости, которая определяется природой вещества, не зависит от температуры, давления, внешних факторов и агрегатного состояния вещества.

Молекулярная рефракция – аддитивная величина атомных рефракций, например:

.

Удельную рефракцию используют при работе с растворами. Для раствора А в растворителе В удельная рефракция равна , гдеr_A+B,r_Aиr_B– удельные рефракции раствора, растворенного вещества А и растворителя В;х – весовая доля вещества А в растворе (определяется концентрациейсраствора, т.е. такого раствора, в котором концентрациясвесовых частей вещества приходится на сто весовых частей раствора). Подставив вместо удельных рефракций, значения показателей преломления получим

где n_A,n_Bиn_A+B– показатели преломления вещества А , В и раствора;_А,_Ви_А+В– соответственно их плотности.