Световые волны имеют большую частоту колебаний, в их электромагнитном поле постоянный диполь полярной молекулы не успевает ориентироваться за время одного колебания, а ядра атомов не успевают сместиться в сторону

от центра сосредоточения положительных зарядов. Поэтому в уравнениидва последних члена равны нулю и молекулярная поляризация определяется индукционной (электронной) поляризациейВ этом случае электронная поляризация молекулы

представляет собой изменение состояния электронных облаков, образующих химические связи между атомами, Величина- важная молекулярная, ее называют молекулярной рефракцией и обозначают

Из электромагнитной теории света Максвелла известно, что для длин волн, сильно удаленных от области их поглощения молекулами вещества, справедливо равенствогде п - показатель преломления света для определенных длин волн. Отсюда уравнение (III.1) преобразуется в следующее:

Из уравнения (II 1.2) видно, чтоимеет размерность объема, а это значит, что молекулярная рефракция выражает объем всех молекул, содержащихся в моле вещества, и характеризует поляризуемость всех содержащихся в нем электронов. Молекулярная рефракция практически не зависит от температуры и от агрегатного состояния вещества. В отличие от дипольного момента она является скалярной величиной.

Молекулярные рефракции соединений могут быть представлены аддитивно, т. е. как суммы рефракций составных частей молекулы (правило аддитивности). В качестве последних можно рассматривать связи или атомы (ионы). Подлинный физический смысл имеют рефракции связей, так как поляризуемое электронное облако в химическом соединении принадлежит связи, а не отдельным атомам. Для гомео- полярных соединений при расчетах чаще используют атомные рефракции, а при расчетах ионных соединений - ионные рефракции.

Аддитивность рефракций широко применяется как простой ненадежный способ проверки правильности предполагаемого строения молекулы. При этом поступают так: рассчитывают по правилу аддитивности теоретическое значение рефракции для каждой возможной структуры и сравнивают его с рефракцией данного вещества, найденной опытным путем. Для определения экспериментального значенияпрактически приходится находить лишь величины п и d в уравнении (II 1.2). Напри-

мор, опыт"™5 значениедиэтилсульфида равно 28,54, Теоретическое значениерассчитывается исходя из предполагаемой структурной

Используя величины рефракций связей (табл. 3), получим следую: щее значение

Подсчет по атомным рефракциям также приводит к близкому результату:

Совпадение значений Ям, полученных опытным и теоретическим путем, свидетельствует о правильности предположений структурной формулы диэтилсульфида.

Таблица 3

Атомные рефракции и рефракции связей

При исследовании соединений с чередующимися кратными связями наблюдается различие между расчетными и опытными значениями /\м, выходящее за пределы экспериментальных ошибок. Это расхождение объясняется изменением характера связи в результате взаимодействия непосредственно не связанных атомов и называется экзальтацией рефракции (обозначается ER). Значение экзальтации вносится в виде дополнительного слагаемого в сумму рефракций атомов. Обычно экзальтация сильно возрастает по мере увеличения числа сопряженных связей, указывая на увеличение подвижности л-электронов.

(R) - связывает электронную поляризуемость a эл вещества (см. Поляризуемость атомов, ионов и молекул) с его прелом. В пределах применимости выражений для M. р. она, характеризуя, как и п, способность вещества преломлять свет, отличается от n тем, что практически не зависит от плотности, темп-ры и агрегатного состояния вещества.

Осн.ф-ла M. р. имеет вид

где M - молекулярная масса вещества, r - его плотность, N A - Авогадро постоянная. Ф-ла (*) является эквивалентом Лоренца - Лоренца формулы (с теми же ограничениями на применимость), но во мн. случаях более удобна для практич. приложений. Часто M. р. можно представить как сумму "рефракций" атомов или групп атомов, составляющих молекулу сложного вещества, или их связей в такой молекуле. Напр., M. р. предельного углеводорода CkH 2k +2 равна kR C+ + (2k + 2)R Н (k= 1, 2,...). Это важное свойство M. р. - аддитивность - позволяет успешно применять рефрак-тометрич. методы для исследования структуры соединений, определения дипольных моментов молекул, изучения водородных связей, определения состава смесей и для др. физ.-хим. задач.

Лит.: Волькенштейн M. В., Молекулы и их строение, M.- Л., 1955; Иоффе Б. В., Рефрактометрические методы химии, 3 изд., Л., 1983; см. также лит. при ст. Лоренца - Лоренца формула.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия .Главный редактор А. М. Прохоров .1988 .

Смотреть больше слов в «

Молекулярная рефракция (МR) является физической константой, характеризующейполяризуемость молекулы, под которой понимают способность ее к поляризации, т. е. к изменению состояния электронного облака под действием внешнего электрического поля. В электромагнитном поле видимого света поляризуемость молекул практически целиком обусловлена смещением электронов и равна сумме эффектов смещений отдельных электронов. Последнее обстоятельство придает МRхимических соединений характераддитивной константы .Она может быть рассчитана теоретически как сумма рефракций отдельных атомов, входящих в состав молекулы с учетом добавок (инкрементов), учитывающих наличие и количество кратных связей:

MR теор. = ­­­­­­­­ Σ AR ат. + Σ ink . ,

где AR ат. – атомная рефракция одного атома;

ink . –инкремент одной связи.

Величины АRдля отдельных атомов и инкременты кратных связей известны и приведены в большинстве соответствующих пособий и справочников (таблица 1). Зная предположительную структурную формулу соединения, можно рассчитать для него МR теор. как сумму АR ат.

Например, для изопропилбензола (кумола) MR теор. равна:

MR теор. =AR C · 9 +AR H · 12 +ink дв. св. · 3

Подставляя соответствующие значения ARиink (таблица 1), получаем:

MR теор. = 2,418 ∙ 9 + 1,100 ∙ 12 + 1,733 ∙ 3 = 40,161

Таблица 1 – Атомные рефракции отдельных атомов и инкременты

С другой стороны, MRможно определить экспериментально по полуэмпирическому уравнению Лорентц-Лоренца:

,

где n – показатель преломления вещества или раствора;

М – молекулярная масса вещества;

D – удельная масса вещества (плотность).

Таким образом, определив экспериментально три неизвестных (n,MиD) в уравнении Лорентц-Лоренца, мы можем рассчитать экспериментальное значениеMR, а затем сравнить его с расчетным значением, рассчитанным по предполагаемой формуле.

1. Определение показателя преломления

Если монохроматический свет проходит через границу раздела двух различных сред (рисунок 9), то он отклоняется по закону Снеллиуса:

Константа nназывается относительным показателем (или коэффициентом) преломления второго вещества по отношению к первому. Волновая теория света устанавливает простую связь показателя преломления со скоростью распространения световых волн в двух средах С 1 и С 2:

 – угол падения;  – угол преломления

Рисунок 9 – Преломление луча монохроматического света

на границе раздела двух фаз

Показатель преломления по отношению к вакууму называется абсолютным показателем преломления. При измерении показателей преломленияжидких и твердых тел обычно определяют относительные показатели преломления по отношению к воздуху лабораторного помещения.

Показатель преломления вещества определяется его природой, но зависит также от внешних условий – температуры и длины волны света. У органических жидкостей с ростом температуры на 1 он падает на 4·10 –4 -5 · 10 –4 . Температуру указывают надстрочным индексом, а длину волны – подстрочным индексом справа. Вместо числовых значений длин волн часто употребляемых спектральных линий обычно указывают их буквенное обозначение. Так, например:

;;

обозначают показатели преломления при температуре 20, 25, и 18,5 С для D линии спектра натрия (589,3 нм) и линий α и β водорода; соответственно (β = 486,1 нм, α = 656,3 нм) спектров испускания. Наиболее часто показатель преломления дается для спектральной линии 589,3 нм (D-линия) в спектре натрия, т.е.
.

Для определения величины показателя преломления используют специальный прибор – рефрактометр. Стандартным прибором для лабораторий органической химии служит рефрактометр Аббе. Он сконструирован таким образом, что при использовании полихроматического (солнечного или искусственного) света дает значение показателя преломления для D-линии натрия. Для измерения необходимо лишь несколько капель жидкости, точность измерения составляет0,0001 единиц показателя преломления. Чтобы добиться такой точности, во время измерения следует поддерживать постоянную температуру с точностью до0,2С (что достигается с помощью термостата). Показатель преломления целесообразно измерять при температуре 20С, а у низкоплавких твердых веществ – несколько выше температуры плавления.

Поскольку каждое вещество характеризуется своим значением показателя преломления, рефрактометрию совместно с другими методами можно использовать для идентификации (узнавания) веществ. Идентификация осуществляется на основе совпадения измеренного и справочного значений показателя преломления чистых веществ, найденных при одинаковых условиях. Ввиду того, что различные вещества могут иметь близкие значения показателей преломления, рефрактометрию обычно дополняют другими методами идентификации веществ (спектральные измерения, определение температуры плавления или кипения и др.). С помощью показателя преломления можно также судить о чистоте вещества. Расхождение в величинах измеренного и справочного (для чистого вещества) значений показателей преломления веществ, найденных в одинаковых условиях, указывает на присутствие в нем примесей. В тех случаях, когда в литературе отсутствуют сведения о физических константах веществ (в том числе и показателе преломления), его можно признать чистым только тогда, когда физические константы не изменяются в процессах повторной очистки. Наибольшую точность рефрактометрический структурный анализ дает для жидких веществ. При этом необходимо располагать данными о составе и молекулярной массе (брутто-формуле) или основаниями для предположения о структурной формуле вещества. Заключение о структуре вещества выносится на основании сравнения МR эксп, найденной по формуле Лорентц-Лоренца, и Мr теор. Совпадение значений МR эксп и Мr теор с точностью 0,3–0,4 подтверждает вероятность предполагаемой брутто-формулы и структуры. Расхождение Мr теор Мr эксп. более чем на 0,3–0,4 единицы указывает на неправильность сделанных при подсчете МR теор. предположений о строении и составе вещества. В этом случае необходимо рассмотреть другие возможные для данной брутто-формулы молекулярные структуры вещества.

Поскольку показатель преломления зависит от концентрации растворов, рефрактометрию используют также для определения их концентрации, для проверки чистоты веществ и контроля за процессами разделения, например, можно контролировать перегонку (в аналитических целях). Показатель преломления бинарной смеси линейно зависит от концентрации компонентов (в объемных процентах), если только при смешивании не происходит изменения объема. Если происходят отклонения от линейной зависимости, необходимо строить калибровочную кривую.

A эл вещества (см. Поляризуемость атомов, ионов и молекул) с его прелом. В пределах применимости выражений для M. р. она, характеризуя, как и п, способность вещества преломлять , отличается от n тем, что практически не зависит от плотности, темп-ры и агрегатного вещества.

Осн. ф-ла M. р. имеет вид

где M - молекулярная масса вещества, r - его , N A - Авогадро постоянная. Ф-ла (*) является эквивалентом Лоренца - Лоренца формулы (с теми же ограничениями на применимость), но во мн. случаях более удобна для практич. приложений. Часто M. р. можно представить как сумму "рефракций" атомов или групп атомов, составляющих молекулу сложного вещества, или их связей в такой молекуле. Напр., M. р. предельного углеводорода CkH 2k +2 равна kR C+ + (2k + 2)R Н (k= 1, 2,...). Это важное свойство M. р. - аддитивность - позволяет успешно применять рефрак-тометрич. методы для исследования структуры соединений, определения дипольных моментов молекул, изучения водородных связей, определения состава смесей и для др. физ.-хим. задач.

Лит.: Волькенштейн M. В., Молекулы и их строение, M.- Л., 1955; Иоффе Б. В., Рефрактометрические методы химии, 3 изд., Л., 1983; см. также лит. при ст. Лоренца - Лоренца формула.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое "МОЛЕКУЛЯРНАЯ РЕФРАКЦИЯ" в других словарях:

Молекулярная рефракция мера электронной поляризованости вещества, она имеет размерность объема, по порядку величины совпадает с объемом всех молекул в граммолекуле. Из этого следует, что порядок величины R должен совпадать с поправкой на… … Википедия

молекулярная рефракция

молекулярная рефракция - molekulinė refrakcija statusas T sritis chemija apibrėžtis Dydis, apibūdinantis molekulės elektroninį poliarizuojamumą. atitikmenys: angl. molar refraction; molecular refraction rus. молекулярная рефракция; молярная рефракция ryšiai: sinonimas –… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

молекулярная рефракция - molekulinė refrakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. molecular refraction; molecular refractivity vok. Molekularrefraktion, f rus. молекулярная рефракция, f pranc. réfraction moléculaire, f … Fizikos terminų žodynas

См. Рефракция молекулярная …

- (R), связывает электронную поляризуемость aэл в ва (см. ПОЛЯРИЗУЕМОСТЬ АТОМОВ, ИОНОВ И МОЛЕКУЛ) с его преломления показателем п. В пределах применимости выражений для Р. м. она, характеризуя, как и n, способность в ва преломлять свет, отличается… … Физическая энциклопедия

- (R связывает электронную поляризуемость αэл вещества (см. Поляризуемость атомов, ионов и молекул) с его преломления показателем (См. Преломления показатель) n. В пределах применимости выражений для Р. м. она, характеризуя, как и n,… … Большая советская энциклопедия

И; ж. [от лат. refractio] 1. В оптике: круг явлений, связанных с преломлением света. Р. света. Атомная, молекулярная, удельная р. 2. В акустике: искривление распространения звуковых волн в неоднородной среде. ◁ Рефракционный, ая, ое. Р ые… … Энциклопедический словарь

рефракция - и; ж. (от лат. refractio) см. тж. рефракционный 1) В оптике: круг явлений, связанных с преломлением света. Рефра/кция света. Атомная, молекулярная, удельная рефра/кция. 2) В акустике: искривление распространения звуковых волн в неоднородной среде … Словарь многих выражений

молярная рефракция - молярная рефракция; отрасл. молекулярная рефракция Произведение величины (ν 1)/(ν+1) (где ν коэффициент преломления для лучей видимой части спектра) на молярный объем вещества … Политехнический терминологический толковый словарь

Книги

• Основы молекулярной оптики , Н. Б. Рождественская. Настоящая монография посвящена вопросам молекулярной оптики. В книге собран опыт более чем полувековой работы автора в области молекулярного рассеяния света в чистых жидкостях, растворах и…

3. Дисперсия показателя преломления. Зависимость показателей преломления от температуры, давления. Мольная рефракция.

Электромагнитная теория Максвелла для прозрачных сред связывает показатель преломления n и диэлектрическую постоянную  уравнением: =n 2 (1). Поляризации Р молекулы связана е диэлектрической проницае­мостью среды: Р = Р деф +Р ор = (-1)/(+ 2) (М /d) = 4/3 N A , (2) где Р деф - деформационная поляризация; Р ор –ориентационная поляризация; М- молекулярная масса вещества; d-плотность вещества; N A -число Авагадро; - поляризуемость молекулы. Подставив в уравнение (2) n 2 вместо  и  эл, вместо , получим (n 2 - 1)/ (n 2 + 2) (М /d) = 4/3 N A  эл =Р эл = R M (3) Эту формулу называют формулой Лорентца-Лоренца, величина R M в ней - мольная рефракция. Из этой формулы следует, что величина R M , определяемая через показатель преломления вещества, служит мерой электронной поляризации его молекул. В физико-химических исследованиях пользуются также удельной рефракцией: г = R M / М = (n 2 1)/ (n 2 + 2) (1/d) (4)

Мольная рефракция имеет размерность объема, отнесенного к 1 моль вещества (см 3 /моль), удельная рефракция - размерность объема, отнесенного к 1 грамму (см 3 /г). Приближенно рассматривая молекулу как сферу радиуса г м с проводящей поверхностью, показано, что  эл = г M 3 . В этом случае R M = 4/3  N A г 3 (5), т.е. мольная рефракция равна собственному объему молекул 1 моля вещества. Для неполярных веществ R M =P, для полярных R M меньше Р на величину ориентационной поляризации.

Как следует из уравнения (3), величина мольной рефракции оп­ределяется только поляризуемостью и не зависит от температуры и агрегатногосостояниявещества, т.е. является характеристической константой вещества.

Рефракция - это мера поляризуемости молекулярной электрон­ной оболочки. Электронная оболочка молекулы слагается из оболочек атомов, образующих данную молекулу. Поэтому, если приписать оп­ределенные значения рефракции отдельным атомам или ионам, то рефракция молекулы будет равна сумме рефракций атомов и ионов. Рассчитывая рефракцию молекулы через рефракции составляющих ее частиц, необходимо учитывать валентные состояния атомов, особен­ности их расположения, для чего вводят особые слагаемые- инкре­менты кратных (двойной и тройной углерод-углеродной) и других связей, а также поправки на особое положение отдельных атомов и группв молекуле: Rm= Ra+Ri, (6), где R A и Ri - атомные рефракции и инкременты кратных связей соот­ветственно,которые приведены в справочниках.

Уравнение (6) выражает правило аддитивности мольной реф­ракции. Физически более обоснован способ расчета мольной рефрак­ции как суммы рефракций не атомов, а связей (С-Н, О-Н, N-H и т.п.), поскольку светом поляризуются именно валентные электроны, обра­зующие химическую связь.

Мольную рефракцию соединений, построенных из ионов, рас­считывают как сумму ионных рефракций.

Правило аддитивности (6) может быть использовано для установления строения молекул: сравнивают Rm, найденную из данных опыта по уравнению(3), с рассчитанной по уравнению (6) для предполагаемой структуры молекулы.

В ряде случаев наблюдается т.н. экзальтация рефракции, состоящая в значительном превышении экспериментального значения R M no сравнению с вычисленным по уравнению (6). Экзальтация рефракции указывает на наличие в молекуле сопряженных кратных связей. Экзальтация рефракция в молекулах с такими связями обусловлена тем, что -электроны в них принадлежат всем атомам, образую­щим систему сопряжения и могут свободно перемещаться вдоль этой системы, т.е. обладают высокой подвижностью и, следовательно, повышенной поляризуемостью в электромагнитном поле.

Аддитивность имеет место и для рефракции жидких смесей и растворов - рефракция смеси равна сумме рефракций компонентов, отнесенных к их долям в смеси. Для мольной рефракции бинарной смеси в соответствии с правилом аддитивности можно записать: R=N 1 R 1 +(1 N 1)R 2 , (7)

для удельной рефракции r = f 1 r 1 + (lf 1)r 2 (8), где N 1 и f 1 - мольная и весовая доли первого компонента.

Эти формулы можно использовать для определения состава смесей и рефракции компонентов. Кроме химического строения вещества, величину его показателя преломления определяет длина волны падающего света и температура измерения. Как правило, с увеличением длины волны показатель преломления уменьшается, но для некоторых кристаллических веществ наблюдается аномальный ход этой зависимости. Чаще всего показа­ли, преломления определяют для длин волн (желтая линия Na-линия D-589нм, красная линия водорода-линия С-656нм, синяя линия водорода-линия F-486нм).

Зависимость рефракции или показателяпреломлении света от длины волныназывается дисперсией. Мерой дисперсии может яв­ляться разностьмежду значениями показателей преломления, изме­ренными при различных длинах волн, т.н. средняя дисперсия. Мерой дисперсии -относительная дисперсия: F , C , D =(n f – n C)/(n D -l)]10 3 (9), где n f , n C , n D - показатели преломления, измеренные для линий F и С водорода и D-линии натрия. Относительная дисперсия  F , C , D очень чувствительна к присутствию и положению в молекуле двойных свя­зей.

Величина показателя преломления вещества зависит также от температуры измерения. При понижении температуры вещество ста­новится более оптически плотным, т.е. показатель преломления уве­личивается. Поэтому при проведении рефрактометрических измере­ний необходимо проводить термостатированние рефрактометра. Для газов показатель преломления зависит и от давления. Общая зависимость показателя преломления газа от температуры и давления выражается формулой: n-1=(n 0 -1)(Р/760)[(1+Р)/(1+t) (10), где n - показатель преломления при давлении Р и температуре t ° C ; n 0 - показатель преломления при нормальных условиях; Р - давление к мм рт. ст.;  и  - коэффициенты, зависящие oт природы газа.