ПОЛЯРИЗАЦИЯ МОЛЕКУЛ

Стр 1 из 3Следующая ⇒

ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра химии

СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ

Учебно-методическое пособие

к практическим занятиям

Специальности: 25.02 – химическая технология неорганических веществ;

03.02 - естествознание

Череповец 2000

Строение молекул: Учеб.-метод. пособие к практическим занятиям. Череповец: ЧГУ, 2000. - 18 с.

Пособие содержит примеры решения задач и многовариантные задания репродуктивного характера по методам исследования молекул: поляризации и молекулярной спектроскопии. Материал соответствует содержанию курса по выбору для студентов специальностей 25.02 -"Технология неорганических веществ" и 03.02 - "Естествознание".

Рассмотрено на заседании кафедры химии, протокол №5 от 28.01.2000 г. Одобрено редакционнно-издательской комиссией Инженерно-технического института, протокол №1 от 23.02.2000 г.

Рецензенты: Л.Ю. Кудрявцева - к.т.н., доц. ЧГУ;

Л.В. Кузнецов - к.т.н., доц. ЧГУ.

Составитель: Г.А. Котенко - к.х.н., доц.

У Череповецкий государственный университет, 2000

Занятие 1

ПОЛЯРИЗАЦИЯ МОЛЕКУЛ

Поляризация связана с диэлектрической проницаемостью соотношением:

где М - молекулярная масса вещества; r - его плотность.

Общая поляризация молекул складывается из электронной Р_эл, атомной Р_ат и ориентационной Р_орполяризаций:

Р = Р_эл + Р_ат + Р_ор .

В поле видимого света имеется только Р_эл. Она называется мольной рефракцией R:

где n - показатель преломления вещества.

Мольная рефракция равна собственному объему 1 моль вещества. Измеряется в м³/моль.

Мольная рефракция обладает свойством аддитивности:

где R_ат - атомные рефракции; R_св - рефракции связей; R_ц - рефракции циклов; n_i- число данных атомов, связей, циклов в молекуле.

Правило аддитивности может быть использовано также для определения рефракции растворенного вещества:

Парахор определяется по соотношению:

где s - поверхностное натяжение, Н/м; М - молекулярная масса, кг/моль;

r - плотность жидкости, кг/м³; П - парахор, Дж^1/4×м^2,5.

Парахор обладает аддитивными свойствами:

Парахор и рефракция являются характерными константами вещества и могут быть использованы для установления структуры молекулы вещества.

Пример

Определить структуру молекулы хлорбензола и ее объем, если известно, что при температуре 293,2 К поверхностное натяжение s = 27,28×10^-3 Н/м, коэффициент преломления n = 1,4455 и плотность r = 1,1062×10³ кг/м³.

Решение

Структуру молекулы С₆Н₅Сl можно определить по парахору:

Примем для хлорбензола структурную формулу:

Рассчитываем парахор С₆Н₅Сl по парахорам атомов, связей и шестичленного кольца (табл. 3):

П = 6П_С + 5П_Н + П_Cl + 3П = (6×16 + 5×27,56 + 98,15 + 3×33,78 + 1,42) ×10^-7 =

= 434,3×10^-7 Дж^1/4×м^2,5.

Совпадение рассчитанного и экспериментально найденного значения парахора удовлетворительное.

Определяем мольную рефракцию:

Определяем мольную рефракцию по атомным рефракциям и инкрементам связей:

R = 6R_С + 5R_Н + R_Cl + 3R = (6×2,418 + 5×1,100 + 5,967 + 3×1,733) ×10^-6 =

= 31,174×10^-6 м³/моль.

Объем молекулы

Задание 1

Зная зависимости показателя преломления n, диэлектрической проницаемости e от температуры и поверхностное натяжение s при 298 К, определить:

1) зависит ли поляризация от температуры, полученный результат объяснить;

2) мольную рефракцию по правилу аддитивности и сравнить ее с вычисленной;

3) парахор вещества и сравнить полученный результат с вычисленным по атомным и структурным парахорам.

Данные к заданию приведены в табл. 1, рефракции и парахоры атомов, связей и циклов - в табл. 3 и 4.

Задание 2

При 293 К плотность а %-ного раствора вещества А в растворителе В равна r, показатель преломления раствора равен n.

Вычислить молярную рефракцию вещества А, если при 293 К плотность растворителя равна r₀, а его показатель преломления n₀. Данные к заданию приведены в табл. 2.

Таблица 1

№	Вещество	s₂₉₈×10³, Н/м	Пара- метры	Температура, К

	CH₄O метанол	22,12	n r×10^-3 e	- - -	- - -	1,3288 0,791 33,7	1,3264 0,787 23,0	1,3246 0,783 18,3
	C₂H₅Cl хлористый этил	17,40	n r×10^-3 e	1,3733 0,904 7,64	1,3716 0,898 6,94	1,3669 0,890 6,34	1,3646 0,883 5,70	- - -
	C₂H₅ClO этиленхлоргидрин	38,90	n r×10^-3 e	1,4476 1,208 43,5	1,4464 1,203 31,7	1,4419 1,198 25,8	1,4418 1,193 20,7	- - -
	C₂H₅OH этанол	22,32	n r×10^-3 e	- - -	- - -	1,3614 0,7895 25,8	1,3595 0,7853 20,0	1,3576 0,7810 17,2
	C₃H₆O ацетон	23,70	n r×10^-3 e	- - -	1,3616 0,797 35,5	1,3590 0,791 21,4	1,3565 0,785 13,1	- - -
	C₃H₆O₂ уксусно-метиловый эфир	24,60	n r×10^-3 e	1,3642 0,946 8,56	1,3606 0,939 7,84	1,3594 0,934 7,45	1,3557 0,926 6,86	- - -

	C₃H₈O пропанол-1	23,78	n r×10^-3 e	1,3886 0,810 40,8	1,3866 0,939 29,6	1,3854 0,804 23,2	1,3825 0,798 18,3	- - -
	C₄H₈O₂ уксусно-этиловый эфир	23,90	n r×10^-3 e	1,3798 0,913 7,31	1,3761 0,906 6,85	1,3728 0,900 6,48	1,3697 0,894 6,02	- - -
	C₄H₁₀O этиловый эфир	16,60	n r×10^-3 e	1,3555 0,725 4,60	1,3533 0,720 4,45	1,3497 0,714 4,35	1,3447 0,705 4,18	- - -

Продолжение табл. 1

№	Вещество	s₂₉₈×10³, Н/м	Пара- метры	Температура, К

	C₄H₁₀O бутанол-1	24,20	n r×10^-3 e	1,4029 0,816 14,6	1,4001 0,812 12,9	1,3991 0,810 11,6	1,3964 0,805 10,2	- - -
	C₅H₅N пиридин	38,00	n r×10^-3 e	1,5804 0,992 14,4	1,5772 0,987 13,3	1,5736 0,982 12,6	1,5696 0,977 11,5	- - -
	C₆H₁₄ н-гексан	18,43	n r×10^-3 e	1,3802 0,668 1,913	1,3774 0,664 1,910	1,3751 0,659 1,902	1,3723 0,655 1,895	1,3696 0,651 1,887
	C₅H₁₂O пентанол-1	28,90	n r×10^-3 e	1,4143 0,824 21,1	1,4123 0,820 18,1	1,4101 0,817 16,1	1,4095 0,815 14,2	- - -
	C₆H₅Br бромбензол	35,75	n r×10^-3 e	1,5667 1,507 5,88	1,5656 1,501 5,62	1,5598 1,493 5,42	1,5572 1,483 5,22	- - -
	C₆H₅Cl хлорбензол	33,20	n r×10^-3 e	1,5300 1,118 12,0	1,5275 1,115 11,1	1,5246 1,110 10,6	1,5221 1,106 9,48	- - -
	C₆H₇N анилин	49,30	n r×10^-3 e	1,5922 1,030 7,86	1,5900 1,026 7,56	1,5863 1,023 7,26	1,5859 1,020 6,94	- - -
	C₇H₈ толуол	23,43	n r×10^-3 e	1,5026 0,875 2,37	1,4998 0,871 2,33	1,4968 0,868 2,30	1,4941 0,864 2,28	- - -
	C₈H₈O ацетофенон	39,80	n r×10^-3 e	- - -	- - -	1,5342 1,030 4,92	1,5322 1,027 3,68	1,5302 1,024 2,98
	C₈H₁₀ этилбензол	29,20	n r×10^-3 e	1,5008 0,875 2,52	1,4988 0,871 2,49	1,4959 0,868 2,48	1,4927 0,864 2,46	- - -

Продолжение табл. 1

№	Вещество	s₂₉₈×10³, Н/м	Пара- метры	Температура, К

	С₉Н₇N	45,00	n r×10^-3 e	1,6371 1,104 10,75	1,6327 1,100 9,76	1,6283 1,097 9,12	1,6253 1,092 8,40	- - -

Таблица 2

№	а, %	А	В	r×10^-3, кг/м³	n	r₀×10^-3, кг/м³	n₀
	24,5 12,5 3,6	HCl HCl H₂SO₄ HClO₃ LiBr LiCl NaCl Na₂SO₄ K₂SO₄ SnCl₄ CO(NH₂)₂ C₂H₄Br₂ CCl₃COOLi CH₃COOH CH₃COOH CH₃COCH₃ CCl₃COOH CCl₃COONa CSNC₃H₅ CSNC₃H₅ C₅H₁₀NH C₆H₅SO₃H C₆H₅NH₂ C₆H₅COOH	CH₃OH H₂O H₂O H₂O H₂O H₂O H₂O H₂O H₂O CH₃COOC₂H₅ H₂O C₃H₇OH H₂O H₂O C₆H₆ C₆H₆ H₂O H₂O C₅H₁₀NH o-C₆H₄(CH₃)₂ CSNC₃H₅ H₂O C₂H₅OH C₆H₅CH₃	0,915 1,157 1,220 1,293 1,129 1,174 1,187 1,116 1,075 1,487 1,121 1,866 1,128 1,038 0,947 0,839 1,255 1,295 1,075 0,968 1,085 1,135 0,959 0,856	1,374 1,407 1,370 1,367 1,362 1,414 1,377 1,352 1,345 1,476 1,400 1,503 1,365 1,353 1,434 1,428 1,395 1,397 1,580 1,551 1,582 1,406 1,516 1,493	0,805 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,903 1,000 0,807 1,000 1,000 0,885 0,885 1,000 1,000 0,863 0,881 1,019 1,000 0,808 0,867	1,329 1,333 1,333 1,333 1,333 1,333 1,333 1,333 1,333 1,375 1,333 1,386 1,333 1,333 1,504 1,504 1,333 1,333 1,461 1,505 1,530 1,333 1,364 1,497

Таблица 3

Парахоры атомов, связей и циклов (по Квейлу), [1, с. 155]

Атом, группа, связь, цикл

П×10⁷, Дж^1/4×м^2,5/моль

Азот Бор Бром Водород: при атоме N при атоме O при атоме C Йод Кислород: в перекисях Кремний Мышьяк Олово Ртуть Селен Сера Сурьма Углерод: в группе СН₂ Фосфор Фтор Хлор Двойная связь Тройная связь Ионная связь Трехчленный цикл Четырехчленный цикл Пятичленный цикл Шестичленный цикл Семичленный цикл

31,11 38,23 120,90 22,22 17,78 27,56 160,55 35,20 37,87 55,11 96,01 114,68 122,68 112,00 87,30 120,90 16,00 71,12 72,01 46,40 98,15 33,78 67,56 -2,84 22,22 10,67 5,33 1,42 -7,11

Таблица 4

12 3 Следующая ⇒