Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКИХ Н-АЛКАНОВ ДЛЯ ЖЕЛТОЙ ЛИНИИ НАТРИЯ

Шуваева О.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»
Развита методика расчета показателей преломления в гомологическом ряду жидких н-алканов для желтой линии натрия при температуре 20 °С на основе данных о светорассеянии в электростатическом поле высокой напряженности. Предложен способ расчета показателя преломления в зависимости от числа атомов углерода в молекуле н-алкана, позволяющий получать результаты с приемлемой степенью точности.
показатель преломления
н-алканы
электростатическое поле высокой напряженности
светорассеяние
1. 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.
2. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей / пер с англ. – Л.: Химия, 1982. – 592 с.
3. Справочник химика. Аналитическая химия, спектральный анализ, показатели преломления / под. ред. Б. П. Никольского. – Л.: Химия, 1967. Т. 4. 920 с.
4. Столяров Е.Ф., Орлова Н.Г. Расчет физико-химических свойств жидкостей. – М.: Химия, 1976. – 112 с.
5. Шуваева О.В. Расчет оптических характеристик неполярных жидкостей по данным о светопропускании в электростатическом поле высокой напряженности // Естественные и технические науки. 2009. № 6. C. 45-47.
6. Шуваева О.В. Определение оптических характеристик органических жидкостей по светорассеянию в электростатическом поле высокой напряженности // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. № 12. С 43–47.
7. Шуваева О.В. Оптико-поляризационные эффекты в жидких диэлектриках при действии электрического поля высокой напряженности: дис. … канд. техн. наук. Тула: ТулГУ, 2004. 264 с.

Теоретические методы расчета такой оптической характеристики жидкостей, как показатель преломления, являются в настоящее время одними из самых перспективных, поскольку исключают необходимые затраты на выделение и очистку исследуемых жидкостей. Анализ литературных данных показал, что большинство имеющихся в справочной литературе значений показателей преломления органических жидкостей для желтой линии натрия при температуре 20 °С характеризуются невысокой точностью, что не позволяет применять их для расчета некоторых аналитических параметров. Для большого числа жидкостей значения shuv2.wmf отсутствуют [1, 3].

Цель исследования. Целью настоящей работы является отработка и развитие методики, предложенной в работах [5 – 6], для расчета показателя преломления жидких н-алканов для желтой линии натрия при температуре 20 °С (shuv3.wmf) в гомологическом ряду.

Материалы и методы исследования

В качестве объектов исследования были выбраны жидкие н-алканы: н-нонан (С9Н20), н-декан (С10Н22), н-ундекан (С11Н24), н-додекан (С12Н26) , н-тридекан (С13Н28), н-тетрадекан (С14Н30), н-гексадекан (С16Н34). Выбор объектов исследования обусловлен следующими причинами. Н-алканы находят широкое применение в качестве растворителей. Кроме того, жидкие н-алканы хорошо и всесторонне изучены. Значения их показателей преломления для желтой линии натрия при температуре t = 20 °С являются справочными данными [3] за исключением небольшого числа жидкостей в гомологическим ряду (в частности, значение nD для н-тридекана приведено для температуры 16,8 °С, а shuv4.wmf для н-тетрадекана является неоправданно завышенным). Поэтому сравнение справочных и экспериментальных значений shuv5.wmf позволит минимизировать систематические погрешности и оценить суммарную случайную погрешность предлагаемой методики.

Данная методика расчета показателя преломления основана на явлении уменьшения светопропускания исследуемых жидкостей в электростатическом поле высокой напряженности, экспериментально установленном в работе [7], которое происходит за счет рассеяния света по механизму Рэлея. Для расчета показателей преломления shuv6.wmf любых жидких гомологов ряда н-алканов были использованы результаты работы [7], в частности, значения светопропускания четырех исследуемых н-алканов (н-нонан, н-декан, н-ундекан, н-додекан) на длине волны l = 589,3 м. Были также проведены исследования светопропускания н-тридекана, н-тетрадекана и н-гексадекана на длине волны l = 589,3 м. Жидкие н-алканы с меньшим числом атомов углерода в молекулах (н-гексан и н-гептан), как показал эксперимент [7], не могут быть исследованы фотоэлектроколориметрическим методом, поскольку являются сильно летучими и не позволяют получать статистически стабильные результаты по светорассеянию в электростатическом поле высокой напряженности.

Показатель преломления shuv7.wmf н-алканов выражали из закона рассеяния Рэлея [5]:

shuv8.wmf, (1)

где shuv9.wmf – начальное светопропускание жидкости, не подвергавшейся воздействию электростатического поля; Т – светопропускание, которое устанавливалось в жидкости в результате воздействия на нее электростатического поля, %; r – расстояние от центра рассеивающего объема V до точки наблюдения, м; l – длина волны света, м; N1 – число Лошмидта; b – коэффициент пропорциональности, устанавливаемый экспериментально [5]; V – рассеивающий объем.

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 shuv10.wmf.

Как показано в работе [7], фотоэлектроколориметрический метод измерения светопропускания позволяет рассчитать значение показателя преломления с точностью до четвертого знака после запятой, поэтому изменение показателя преломления shuv11.wmf в электростатическом поле является величиной второго порядка малости, и им можно пренебречь.

Для расчета показателя преломления shuv12.wmf для желтой линии натрия жидких н-алканов, не исследуемых в работе, была построена зависимость shuv13.wmf, (Nc – число атомов углерода в молекуле н-алкана), где были использованы результаты расчета shuv15.wmf по формуле (1):

shuv16.wmf. (2)

Вычисление параметров зависимости shuv17.wmf проводилось методом наименьших квадратов. Логарифмический характер полученных зависимостей объясняется тем, что существуют предельные значения показателя преломления shuv18.wmf [1].

Результаты исследования и их обсуждение

Значения показателей преломления жидких н-алканов для желтой линии натрия shuv19.wmf, рассчитанные по формуле (1) с использованием экспериментальных данных по светорассеянию исследуемых жидкостей в электростатическом поле высокой напряженности, приведены в табл. 1. Здесь они сравниваются со справочными данными [3].

Таблица 1

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

Название жидкости

Химическая формула

shuv20.wmf

shuv21.wmf

D, %

н-нонан

С9Н20

1,4054

1,4054

0,00

н-декан

С10Н22

1,4121

1,4120

0,007

н-ундекан

С11Н24

1,4184

1,4173

0,078

н-додекан

С12Н26

1,4213

1,4209

0,028

н-тридекан

С13Н28

1,4249

н-тетрадекан

С14Н30

1,4294

1,4459

1,14

н-гексадекан

С16Н34

1,4373

1,4345

0,194

Как следует из табл. 1, погрешности расчета показателя преломления для желтой линии натрия жидких н-алканов в гомологическом ряду при температуре 20 °С составляют 0,000…0,194 %, что не превышает максимальных погрешностей экспериментального определения и расчетных значений shuv22.wmf, предложенных другими авторами [1] и способных достигать 0,200 %. Сказанное не относится к н-тетрадекану, для которого погрешность расчета shuv23.wmf оказалась равной 1,14 % . Это связано с тем, что, по мнению автора, данное справочное значение является сильно завышенным. Свойства химических соединений в гомологическом ряду, например, показатель преломления, изменяются от одного члена ряда к другому, по мере увеличения атомов углерода в молекулярной цепи. Поэтому, очевидно, показатель преломления н-тетрадекана не может быть выше, чем н-гептадекана, при одинаковой длине волны и температуре.

Результаты сравнения показателей преломления н-алканов shuv24.wmf, рассчитанных по формуле (2), со справочными значениями [3] приведены в табл. 2.

Таблица 2

Показатели преломления н-алканов для желтой линии натрия при температуре 20 °С, рассчитанные по формулам (2)

Nc

shuv26.wmf

shuv27.wmf

D, %

6

1,3790

1,3750

0,290

7

1,3881

1,3876

0,033

8

1,3961

1,3977

0,098

15

1,4355

17

1,4408

1,4405

0,019

Известные на сегодняшний момент эмпирические уравнения [2, 4] для оценки shuv28.wmf приводят к максимальным погрешностям, лежащим в пределах 1…6 %. Расчетные схемы для оценки shuv29.wmf [1] в гомологических рядах некоторых органических соединений дают погрешности, лежащие в пределах 0,00…0,17 %, что сопоставимо с погрешностями, полученными в данной работе.

Заключение

Предложена методика расчета показателя преломления жидких н-алканов для желтой линии натрия при температуре 20 °С, которая обеспечивает приемлемую точность, не превышающую 0,200 % Развита схема расчета показателя преломления shuv30.wmf в зависимости от числа атомов углерода в молекуле н-алкана, что позволяет избежать трудоемких экспериментов. Предложенную методику расчета предполагается развить для получения значения показателей преломления органических жидкостей для других длин волн.


Библиографическая ссылка

Шуваева О.В. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКИХ Н-АЛКАНОВ ДЛЯ ЖЕЛТОЙ ЛИНИИ НАТРИЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 2-2. – С. 33-35;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=5001 (дата обращения: 24.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074