Здавалка
Главная | Обратная связь

Показник заломлення



Показник заломлення - важлива константа, що дозволяє визначати ступінь чистоти речовини, уточнити його хімічну природу, а також визначати концентрацію розчинів.

При перетині променем світла поверхні розділу двох прозорих середовищ напрямок променя змінюється, відбувається заломлення променя. Це явище носить назву рефракції, тобто заломлення світла. Кут α, утворений напрямком падаючого променя світла з нормаллю (рис. 3), називається кутом падіння, а кут β, утворений напрямком заломленого променя з продовженням цієї нормалі - кутом заломлення.

• Відповідно до закону заломлення світла, для оптично однорідних середовищ відношення синусів кутів падіння і заломлення є величина постійна і називається показником заломлення:

n = sinα / sinβ

Показником заломлення називають також відношення швидкості поширення світла в повітрі до швидкості поширення світла у досліджуваній речовині.

Сукупність методів фізико - хімічного дослідження рідин, мінералів і розчинів, заснованих на вимірюванні їх показників заломлення, називається рефрактометрією. Основними достоїнствами рефрактометрії є швидкість вимірювань, мала витрата речовини і висока точність (близько 0,01 %). Прилади, що служать для вимірювання показника заломлення, називаються рефрактометрами.

Мал. 3 . Заломлення світла на межі двох середовищ

Найбільше поширення отримав метод визначення показника заломлення, по граничному куту заломлення або повного внутрішнього відображення.

Коли промінь світла потрапляє з середовища 1 з показником заломлення n1 в середовище 2 з показником заломлення n2 , то між кутом падіння α і кутом заломлення β існує залежність:

sinα / sinβ = n1 / n2 або n1 sinα = n2 sinβ

Якщо середовище 1 оптично щільніше середовища 2, то кут падіння променя α менше кута заломлення (рис. 4). Якщо кут падіння поступово збільшувати, то настане момент, коли кут заломлення дорівнюватиме 90°. У цьому випадку промінь у не проходить в друге середовище, а ковзає по поверхні розділу фаз. При подальшому збільшенні кута падіння промінь відображатиметься від середовища 2. Це явище називається повним внутрішнім відображенням, а кут падіння, при якому воно наступає – граничним кутом падіння γ . У цьому випадку останнє рівняння набуває вигляду :

n2 sin 90°= n1 sin γ

Мал. 4. Повне внутрішнє віддзеркалення світла

Так як sin 90° = 1, то n2 = n1 sin γ

Якщо показник заломлення одного середовища n1 відомий, то досить виміряти граничний кут γ , щоб визначити показник заломлення досліджуваного середовища n2.

Важливою деталлю рефрактометрів , заснованих на визначенні граничного кута, є вимірювальна призма з оптичного скла з точно відомим показником заломлення, тому кожен рефрактометр придатний для вимірювання показників заломлення тільки в визначеному діапазоні їх значень.

При розгляданні променів, що вийшли з вимірювальної призми, і наближаються до граничного, поле зору труби рефрактометра виявляється розділеним на освітлену і темну частини, межа між якими відповідає значенню граничного променя.

Показник заломлення залежить від температури і довжини хвилі світла, при яких проводять визначення. У розчинах показник заломлення залежить також від концентрації речовин і природи розчинника.

Для визначення показника заломлення як константи речовини використовується монохроматичне світло. Тому в рефрактометром встановлюються також призми для компенсації різниці в довжині хвилі. Вимірювання проводять при температурі 20 ± 0,3 °С і довжині хвилі, яка відповідає спектральній лінії жовтого натрієвого полум'я (D-лінія),— 589,3 нм, з використанням в якості джерела освітлення денного світла або світла лампи розжарювання. Показник заломлення, визначений за таких умов, позначається індексом nD.

Рефрактометри настроюють за еталонними рідинами, доданими як комплект до приладів, або за дистильованою водою ( пD20 = 1,3330).

Показник заломлення сильно залежить від температури. Показник заломлення органічних рідин із зростанням температури на 1 ° С падає на 4.10-4 - 5.10-4 . Тому, щоб можна було робити вимірювання з точністю до четвертого знака, рідкі зразки необхідно термостатувати з точністю до ± 0,2 ° С.

Температура, при якій відбувалося вимір показника заломлення, вказується при його значенні верхнім індексом ( наприклад , пD20 , пD25 ) .

Показник заломлення залежить від концентрації розчинів. В зв’язку з цим, рефрактометрію використовують також для визначення концентрації розчинів, для контролю процесів розділення речовин (наприклад, при перегонці), в аналітичних цілях. Показник заломлення бінарної суміші залежить від концентрації компонентів, яку можна розрахувати, користуючись формулами:

x = ( n - n0 ) / F ,

де x - масова частка речовини в розчині ; n - показник заломлення розчину ; n0 - показник заломлення стандартного розчинника розчину при тій же температурі ; F - фактор, що дорівнює величині приросту показника заломлення при збільшенні концентрації на 1% (встановлюється експериментально).

У разі відхилення від лінійної залежності і для точного визначення концентрацій необхідно будувати калібрувальну криву в координатах "концентрація - показник заломлення».

Якщо різниця в показниках заломлення складових розчину дорівнює приблизно 0,1, то точність визначення концентрації рефрактометричним методом може скласти 0,01.

Значення показника заломлення використовується в органічній хімії для знаходження величини молекулярної рефракції МR речовини , яка є його константою, що не залежить від температури.

Техніка експерименту. Визначення показника заломлення проводиться за допомогою рефрактометра типу ІРФ -454 ( рис. 5).

Перш ніж приступити до визначення, потрібно підготувати рефрактометр до роботи: протерти ватою, змоченою призми, дочекатися випаровування етеру. Прилад готовий до роботи.

Роботу на рефрактометрі проводять в наступному порядку:

1. Рефрактометр встановлюють так, щоб світло падало на віконце освітлювальної призми (при відкритій заслінці 14). Джерелом світла може служити електролампа або денне світло.

2. На чисту поліровану поверхню вимірювальної призми скляною паличкою або піпеткою, не торкаючись поверхні, наносять кілька крапель рідини.

3. Опускають освітлювальну призму і притискають її гачком 4 .

4. Встановлюють окуляр на виразну видимість перехрестя, поворотом дзеркала 11 домагаються найкращою освітленості шкали.

5. Обертанням маховика 16 вводять межу світлотіні в поле зору окуляра. Обертають маховик 17 до зникнення райдужного забарвлення граничної лінії .

6. Маховиком 16 наводять межу світлотіні точно на перехрестя і за шкалою знімають відлік. Індексом для відліку служить нерухомий вертикальний штрих призми 10. Ціна поділки шкали 5.10-4. Цілі, десяті, соті і тисячні частки відраховують за шкалою, десятитисячні частки оцінюють на око.

 

Мал. 5 . Рефрактометр ІРФ 454

1 - направляюча, 2 - рефрактометричний блок, 3 - штуцер, 4 - гачок , 5 - шкала, 6 - ноніус , 7 - штуцер, 8 - рукоятка , 9 - штуцер, 10 - шарнір, 11 - дзеркало, 12 - штуцер, 13 - направляюча, 14 - заслінка, 15 - дзеркало, 16 , 17 - маховики

Мал. 6. Зняття показів

Після закінчення вимірювання обидві призми протирають сухою ватою, потім ватою, змоченою ацетоном або етером. Ці розчинники використовують для видалення рідин, нерозчинних у воді. Розчинні у воді речовини видаляють тампоном, змоченим дистильованою водою, потім протирають сухою і чистою гігроскопічною ватою. Очищення призм треба виконувати дуже акуратно, щоб не подряпати їхню робочу поверхню.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Дайте визначення поняттю «показник заломлення»?

2. Як на практиці визначають відносний показник заломлення? Який прилад для цього використовують?

3. Від яких величин залежить показник заломлення?







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.