Теоретичні основи рефрактометричного методу

Лекція 25. Будова молекул, методи їх дослідження. Рефрактометрія.. Хімічна кінетика і каталіз. Поляриметрія

План

1. Теоретичні основи рефрактометричного методу

2. Швидкість хімічної реакції та її залежність від різних

3. Теоретичні основи поляриметричного методу аналізу

В останні десятиліття значне розповсюдження в аналітичній практиці отримали інструментальні методи аналізу, які перевершують класичні методи по універсальності, селективності, відтворюваності, чутливості, експресності при виконанні серійних аналізів. Їх застосовують як для прямого (безпосереднього) визначення, так і для індикації кінцевої точки титрування при титриметричних визначеннях. Для прямого визначення й індикації точки еквівалентності вимірюють будь-яку фізичну величину, що пов'язана з концентрацією або із зміною концентрації обумовленого компонента за відомим законом. Принципова відмінність інструментального фіксування точки еквівалентності від індикаторного полягає в можливості спостерігати весь процес титрування, а не тільки кінцеву точку.

Всі відомі хімічні реакції незалежно від природи реагуючих речовин супроводжуються різними фізичними явищами – виділенням чи поглинанням теплоти, світла, зміною об’єму, виникненням електричного струму та інше.

Повне пізнання цих процесів можливе лише при сумісному вивченні фізичних та хімічних явищ. Вивчаючи тему слід ознайомитись із основними завданнями, що вирішує фізична хімія, її структурою. Для аналізу сировини та матеріалів широко застосовують хімічні реакції, які супроводжуються зміною фізичних властивостей (колір, інтенсивність забарвлення, прозорість, електропровідність, теплопровідність, магнітні, оптичні, радіоактивні та інші).

В останні десятиліття значне розповсюдження в аналітичній практиці отримали інструментальні методи аналізу, які перевершують класичні методи по універсальності, селективності, відтворюваності, чутливості, експресності при виконанні серійних аналізів. Їх застосовують як для прямого (безпосереднього) визначення, так і для індикації кінцевої точки титрування при титриметричних визначеннях. Для прямого визначення й індикації точки еквівалентності вимірюють будь-яку фізичну величину, що пов'язана з концентрацією або із зміною концентрації обумовленого компонента за відомим законом. Принципова відмінність інструментального фіксування точки еквівалентності від індикаторного полягає в можливості спостерігати весь процес титрування, а не тільки кінцеву точку.

Всі методи такого роду об’єднуються під загальною назвою “фізико-хімічні методи”. Вони базуються на основних теоретичних положеннях фізичної та колоїдної хімії.

В залежності від використаних властивостей розрізняють наступні групи фізико-хімічних методів:

І. Оптичні методи, базуються на дослідженні оптичних властивостей системи, що аналізуються

1. Рефрактометричний метод,

2. Фотометричний метод,

3. Поляриметричний метод,

4. Люмінесцентний метод,

5. Спектральний метод,

6. Турбідиметричний метод,

7. Нефелометричний метод.

ІІ. Електрохімічні методи, базуються на дослідженні електрохімічних властивостей систем, що аналізуються

1. Електроліз,

2. Кондуктометричний метод,

3. Потенціометричний метод,

4. Полярографічні методи.

ІІІ. Методи аналізу, що базуються на дослідженні інших властивостей системи, що аналізуються

1. Мас-спектрометричний метод,

2. Термометричний метод,

3. Радіохімічний аналіз,

4. Метод електронного парамагнітного резонансу,

5. Метод електронного ядерного резонансу,

6. Аналіз на теплопровідність.

Для того, щоб вільно володіти методами дослідження, потрібно знати вимоги до фізико-хімічних методів аналізу: чутливість, правильність, точність результату.

Для з’ясування питання про електричні та оптичні властивості молекул необхідно пригадати будову атома, утворення молекул, поняття поляризації та молекулярної рефракції молекул, дипольного моменту. Слід розглянути основні види поляризації:. орієнтаційна поляризація (Р_ор), атомна поляризація (Р_ат), електронна поляризація (Р_ел).

При вивченні структури сполук велике значення мають закономірності у зміні дипольного моменту молекул, які зумовлені взаємодією між атомами та зв’язками. Значення дипольного моменту наводяться у довідниковій літературі. Особливе місце займають зміни у стані молекул, іонів, атомів, які викликані перемінними електричними полями.

Методи аналізу, які базуються на взаємодії речовини з електромагнітним випромінюванням, відносяться до оптичних методів.

І тільки після з’ясування основних теоретичних положень стосовно оптичних методів аналізу можна приступати до вивчення окремих методів.

Рефрактометричний метод

Метод аналізу, який базується на визначенні показника заломлення (n) досліджуваного розчину.

Фактори, що впливають на величину n:

1. Будова молекули, природа речовини;

2. Концентрація речовини, густина;

3. Температура;

4. Довжина хвилі.

З’ясувати, що таке дисперсія і її види, що застосовуються у вимірювальній практиці.

Без знання рівняння Лорентца, за яким визначають питому рефракцію (r) і рівняння мольної рефракції (R) речовини не можливо зробити розрахунки і у подальшому прийти до висновків пов’язаних з будовою та ідентифікацією речовини. При цьому особливо важливо зрозуміти, що мольна рефракція є адитивною величиною,

Визначення показника заломлення світла проводять на приладах рефрактометрах (рефрактометр Аббе), принцип його визначення базується на вимірюванні граничного кута заломлення, який визначається на основі закону заломлення:

,

де α - кут падіння,

β - кут заломлення,

n₁ та n₂ – показники заломлення двох середовищ (n₂> n₁).

Пам’ятаємо, що на показник заломлення впливає довжина хвилі, тому обов’язково вказуємо, при якій довжини хвилі вимірювався показник заломлення (зазвичай жовта лінія натрію – D = 5893Å). Звичайний вимір показника заломлення ведуть при температурі 20⁰С. Одержаний в означених умовах показник заломлення має позначення n_D²⁰, і використовується у довідниках основних фізико-хімічних властивостей речовин.

За показником заломлення можна знайти концентрацію досліджуваної речовини: за формулою або графіком. За формулою при визначенні невеликих концентрацій (до 20%):

,

n – показник заломлення розчину,

n₀ – показник заломлення розчиненої речовини,

х – концентрація розчиненої речовини,

k – емпіричний коефіцієнт, який можна визначити шляхом розрахунків коефіцієнту заломлення розчинів відомої концентрації.

Для визначення концентрації за графіком: будують графік залежності коефіцієнта заломлення речовини від її концентрації. При цьому потрібно звернути увагу на поняття стандартні розчини, їх приготування.

Якісний аналіз

Кожна чиста, оптично прозора речовина (рідина, кристал) характеризується певним числовим значенням показника заломлення, що і застосовується в якісному аналізі (метанол – 1,3286; етанол – 1,3613; ацетон – 1,3591; хлороформ – 1,4456; вода – 1,3330)

Кількісний аналіз

Базується на використанні залежності між показником заломлення випробовуваного розчину і вмістом X визначуваної речовини.

Основні прийоми кількісного аналізу:

-метод градуювального графіка ()

-розрахунковий

-за спеціальними рефрактометричними таблицями

Переваги методу: простота апаратурного оформлення, швидкість виконання.

Недоліки методу: невисока точність і низька чутливість (область визначуваних вмістів).

Абсолютна похибка не повинна перевищувати ±0,0002-±0,005 (для лікарських засобів ±0,0002).

Застосування: для контролю якості субстанцій, розчинників, розчинів.

Визначувані речовини і препарати: натрію хлорид, бромід, йодид, цитрат, тіосульфат, саліцилат, гідрокарбонат; калію бромід, йодид; магнію сульфат; кальцію хлорид; диетиламід нікотинової кислоти в кордіаміні; олія рицинова, персикова, евкаліптова, м’яти перцевої, терпентинова; цукровий сироп і т.д.

На лабораторній роботі ми ознайомимось з роботою рефрактометра, визначимо концентрацію досліджуваної речовини. Проведемо розрахунки пов’язані з ідентифікацією речовин.

Дата добавления: 2014-01-07