Електричні та оптичні властивості

Рефрактометрія

Рефрактометричні методи дослідження (рефрактометрія) грунтуються на визначенні показника заломлення світла. Рефрактометричним методом визначають вміст вуглеводів, жиру, хлориду натрію у продуктах.

Всі молекули можуть бути розділені на два типи: неполярні і полярні (з несиметричним і симетричним розподіленням зарядів). Полярну молекулу називають також дипольною або диполем. У двоатомного диполя на одному з атомів образується надлишок негативних, на іншому - такий же надлишок позитивних зарядів. У багатоатомних молекул існують деякі області з надлишком позитивних і негативних зарядів. Проте тут також можна уявити два центри зарядів.

Дипольним моментом μ називають добуток заряду на відстань між зарядами:
(6.1)
Дипольний момент слід розглядати, як вектор, направлений від негативного заряду до позитивного. При переміщенні неполярної молекули в електричне поле відбувається зміщення зарядів один щодо одного, що створює індукований (наведений) дипольний момент. Внаслідок існування власного дипольного моменту полярна молекула прагне орієнтуватися вздовж напрямку поля, в ній, як і в неполярній, виникає наведенний момент. У цьому і полягає поляризація молекули. Кількісну характеристику властивості молекули поляризуватися називають полярізуємостью.
Зміщення електронів, атомів, орієнтація молекули в електричному полі називають поляризацією.
Поляризація молекули Р складається з електронної Р_ел, атомної Р_ат, і орієнтаційної Р_ор.

Р = Р_ел + Р_ат + Р_ор (6.2)

Електронна та атомна поляризація не залежать від температури, орієнтаційна - обернено пропорційна абсолютній температурі, тому що хаотичне тепловий рух молекул порушує орієнтацію.
Поляризацію діелектрика в постійному електричному полі розраховують за рівнянням:

, (6.3)

де - відносна діелектрична проникність,

М – молярная масса, г

- густина речовини, г/см³

- молярний обєм.

При частотах видимого світла порядка 10¹⁵ Гц ( = 450-750 нм) проявляється тільки електрона поляризація Р_ел, яку називають молярною рефракцією R, см³/моль:

, (6.4)

где n – показник заломлення для променів видимого світла.

Для наближених визначень рефракції достатньо користуватися показником заломлення променів видимого світла. За стандарт обрана жовта лінія натрію (позначають символом D, довжина хвилі =589, 3 нм).

Експериментально встановлено, що рефракція молекули наближено є сумою рефракції окремих іонів, атомів або зв'язків, що входять до неї. Цю властивість рефракції (адитивність) можна пояснити тим, що зміщення електронів в молекулі мало залежить від того в які молекули входять такі угруповання. Тому адитивність рефракції дозволяє за допомогою рефракцій окремих атомів, іонів, або зв'язків при-наближенні обчислювати рефракцію молекул і вирішувати питання про можливу їх будову.
Крім того, зсув електронів незначно змінюєтся з температурою і агрегатним станом речовини. У речовин з однаковою емпіричної формулою, але різною будовою, рефракції різні. Наявність у з'єднаннях кратних зв'язків і напружених циклів, які утворюють за рахунок π -зв'язків з легко під-рухомими електронами, збільшує їх молекулярну рефрак-цію:

(6.5)

де m – число атомів, кратних зв'язків, циклів.
Адитивність рефракції дозволяє встановити структуру молекули шляхом добору такої структурної формули, для який обчислена молекулярна рефракція за наведеним рівнянням дорівнює експериментально отриманому значенню.
Експериментальне визначення рефракції речовини сводиться до вимірювання показника заломлення і густини.
Речовину розміщають між двома призмами (кілька крапель досліджуваного речовини наносять на нижню призму). Світло, пропущене через призму, заломлюється або відбувається від межі поділу (розділу) середовищ і освітлює тільки частину шкали, що приводить до винекнення різкої межі світла та тіні. Положення цієї межі на шкалі залежить від кута повного внутрішнього відбуття досліджуваної речовини. На шкалі приладу наведені показники заломлення, які відповідають різним значенням кута повного внутрішнього відбиття. Світло, що вийшов з нижньої призми, розглядається в полі зору окуляра. Три штриха в полі зору окуляра поєднують з кордоном темного і світлого полів поворотом рукоятки, показник заломлення відраховують по лівій шкалі. Межа світа – тіні попередньо ахроматіруєтся обертанням маховичка компенсатора на рукоятці окуляра.

Правильність показання рефрактометрів перевіряють за допомогою дистильованої води, показник заломлення якої при 20⁰С рівний 1, 3329.