Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Шуваева О.В. 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Предложена методика определения показателя преломления органически жидкостей (н-спиртов) для желтой линии натрия на основе данных о светорассеянии в электростатическом поле высокой напряженности, которая позволяет получать результаты с приемлемой степенью точности в интервале температур 10…60 °С. Предложен способ расчета показателя преломления nD в зависимости от числа атомов углерода в молекуле н-спирта.

Статья в формате PDF

347 KB

показатель преломления

н-спирты

электрическое поле высокой напряженности

светорассеяние

1. Делоне Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. – М.: Наука, 1989. – 280 с.

2. Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии. 2-е изд. – Л.: Химия, 1974. – 400 с.

3. Иоффе Б.В., Зенкевич И.Г. Расчет показателей преломления и относительных плотностей в гомологических рядах органических соединений // ЖФХ. 2000. Том 74, № 11. С. 2101 – 2106.

4. Карапетьянц М.Х. Методы сравнительного расчета физико-химических свойств. – М.: Наука, 1965. – 404 с.

5. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей / пер с англ. – Л.: Химия, 1982. – 592 с.

6. Справочник химика. Общие сведения. Строение вещества. Свойства важнейших веществ. Лабораторная техника. – Л.: Изд-во Химия, 1971. Т. 1. 1072 с.

7. Столяров Е.Ф., Орлова Н.Г. Расчет физико-химических свойств жидкостей. – М.: Химия, 1976. 112 с.

8. Шуваева О.В. Расчет диэлектрической проницаемости жидкостей на основании данных о светопропускании в электрическом поле высокой напряженности // Изв.ТулГУ. Сер. Электрофизикохимические воздействия на материалы. 2005. Вып. 6. С. 98–105.

9. Шуваева О. В. Расчет молекулярной анизотропии поляризуемости жидких н-алканов и н-спиртов // ЖФХ. 2007. Том 81, № 5. С. 919 – 922.

10. Шуваева О.В. Оптико-поляризационные эффекты в жидких диэлектриках при действии электрического поля высокой напряженности: дис. … канд. техн. наук. Тула: ТулГУ, 2004. 264 с.

Разработка новых точных методов расчета физико-химических констант органических соединений (показателей преломления, температур кипения и плавления, относительной плотности и др.) является актуальной задачей современной науки. Одним из важнейших применений является их прямое сопоставление со справочными данными при идентификации неизвестных веществ. Несмотря на широкое применение хромато-спектральных методов исследования, исключающих затраты на выделение и очистку веществ, недопустимо полностью отрицать необходимость экспериментального определения и теоретического расчета физико-химических констант, так как они могут быть использованы для оценки других характеристик органических соединений [3], включая хроматографические индексы удерживания.

Цель исследования. Целью настоящей работы является развитие методики, предложенной в работах [8 – 9], для расчета показателя преломления н-спиртов для желтой линии натрия (nD) в широком интервале температур. Анализ литературных данных показал, что приводимые значения nD, как правило, имеют невысокую точность, недостаточную для расчета аналитических параметров [2].

Материалы и методы исследования

В качестве объектов исследования были выбраны жидкие н-спирты пропанол-1 (С3Н8О), бутанол-1 (С4Н10О), пентанол-1 (С5Н12О) и гексанол-1 (С6Н14О), наиболее широко используемые в качестве растворителей. Предложенная в данной работе методика расчета показателя преломления основана на явлении уменьшения светопропускания исследуемых жидкостей в электростатическом поле высокой напряженности, экспериментально установленном в работе [10] где было доказано, что установленное уменьшение светопропускания происходит за счет рассеяния света по механизму Рэлея. Для расчета показателей преломления nD для желтой линии натрия любых гомологов ряда н-спиртов были использованы результаты работы [10] (в частности, зависимость светопропускания н-спиртов от температуры на длине волны l = 540 нм и значения показателей преломления для н-спиртов на длине волны l = 589,3 м).

Показатель преломления nD н-спиртов для желтой линии натрия выражали из закона рассеяния Рэлея [10]:

, (1)

где k – поправочный коэффициент (k = 3,2149), – начальное светопропускание жидкости, не подвергавшейся воздействию электростатического поля; Т – светопропускание, которое устанавливалось в жидкости в результате воздействия на нее электростатического поля, %; V – рассеивающий объем; nD – показатель преломления исследуемой жидкости для желтой линии натрия; b – коэффициент пропорциональности, устанавливаемый экспериментально; r – расстояние от центра рассеивающего объема V до точки наблюдения, м; l – длина волны света, м; N1 – число Лошмидта.

При расчетах рассеивающий объем исследуемых жидкостей V принимали равным 18,48 мл, расстояние от центра рассеивающего объема до точки наблюдения r = 0,0225 м, начальное светопропускание .

Величину изменения показателя преломления ∆n (электрострикционный эффект) в электростатическом поле высокой напряженности оценивали по формуле [1]:

,

где βt – коэффициент изотермической сжимаемости жидкости, Е – напряженность электростатического поля в жидкости, рассчитанная в работе [10]. Для большинства жидкостей (для н-спиртов в том числе), как следует из работы [1], , , откуда . Фотоэлектроколориметрический метод измерения светопропускания позволяет рассчитать значение показателя преломления с точностью до четвертого знака после запятой, поэтому изменение показателя преломления в электростатическом поле является величиной второго порядка малости, и им можно пренебречь.

Для установления закономерности изменения показателя преломления для желтой линии натрия н-спиртов при переходе от одного члена гомологического ряда к другому по результатам расчета показателя преломления nD по формуле (1) для температур 10…60 °С были построены зависимости , где Nc – число атомов углерода в молекуле н-спирта:

(2)

Вычисление параметров зависимости проводилось методом наименьших квадратов. Логарифмический характер полученных зависимостей объясняется тем, что существуют предельные значения показателя преломления nD (µ)[3].

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты сравнения показателей преломления н-спиртов рассчитанных по формуле (1) со справочными значениями [6] и экспериментальными результатами приведены в табл. 1.

Таблица 1

Показатели преломления жидких н-спиртов для желтой линии натрия, рассчитанные по формуле (1)

Показатель преломления температуре 20 °С (nD(20)) сравнивается со справочными значениями этой величины. Показатели преломления nD для остальных температур сравниваются с экспериментальными значениями, полученными в работе [10]. Коэффициенты пропорциональности b рассчитаны на основании данных о светопропускании Т, % н-спиртов в электростатическом поле высокой напряженности, приведенных в работе [10], и справочных значений показателя преломления nD(20) [6].

Результаты сравнения показателей преломления н-спиртов рассчитанных по формуле (2) со справочными значениями [6] и экспериментальными результатами приведены в табл. 2.

Таблица 2

Показатели преломления н-спиртов для желтой линии натрия в интервале температур 10…60 °С, рассчитанные по формулам (2)

Как следует из табл. 1 и 2, погрешности расчета показателя преломления для желтой линии натрия н-спиртов в гомологическом ряду в интервале температур 10…60 °С составляют 0,00…0,19 %. Средняя погрешность оценки nD(20) составляет 0,06 %, а максимальная погрешность имеет значение 0,15 % (для ундеканола-1). Это может быть связано с тем, что его температура плавления составляет 19 °С.

Известные на сегодняшний момент эмпирические уравнения [5, 7] для оценки nD(20) приводят к максимальным погрешностям, лежащим в пределах 1…6 %. Расчетные схемы для оценки nD(20) [3] в гомологических рядах некоторых органических соединений дают погрешности, лежащие в пределах 0,00…0,17 %, что сопоставимо с погрешностями, полученными в данной работе.

Заключение

Предложенная в работе методика расчета показателя преломления н-спиртов обеспечивает приемлемую точность в интервале температур 10…60 °С. Схема расчета показателя преломления nD в зависимости от числа атомов углерода в молекуле н-спирта позволяет избежать трудоемких экспериментов. Дальнейшее совершенствование предложенной методики расчета возможно путем определения предельного значения показателя преломления nD(µ) для различных температур.

Библиографическая ссылка