Молекулярная рефракция вещества

Произведение удельной рефракции на молекулярную массу дает значение молекулярной рефракции R, м³/кмоль:

, или .

Из последнего выражения можно сделать важный вывод: молекулярная рефракция R зависит только от поляризуемости a, которая определяется природой вещества, не зависит от температуры, давления, внешних факторов и агрегатного состояния вещества.

Молекулярная рефракция – аддитивная величина атомных рефракций, например:

.

Удельную рефракцию используют при работе с растворами. Для раствора А в растворителе В удельная рефракция равна , где r_A+B, r_A и r_B – удельные рефракции раствора, растворенного вещества А и растворителя В; х – весовая доля вещества А в растворе (определяется концентрацией с раствора, т.е. такого раствора, в котором концентрация с весовых частей вещества приходится на сто весовых частей раствора). Подставив вместо удельных рефракций, значения показателей преломления получим

где n_A, n_B и n_A+B – показатели преломления вещества А, В и раствора; r_А, r_В и r_А+В – соответственно их плотности.

1. Устройство и принцип действия рефрактометра

Приборы для определения показателя преломления различных веществ называются рефрактометрами.

Прежде чем перейти к описанию прибора, напомним ход лучей через трехгранную призму, которая часто используется при устройстве различных оптических приборов. Пусть на ребро трехгранной призмы падает под углом /'; луч АВ монохроматического света (рис. 4, а).

Рис.4. Прохождение света через трехгранную призму.

В точке В луч преломляется так, что приближается к перпендикуляру, восставленному к грани призмы в точке падения, в точке С он, выходя из призмы, преломляется так, что отдаляется от перпендикуляра, восставленного к грани призмы. В результате луч АВ отклоняется к основанию призмы на угол j, величина которого зависит от угла 8 при вершине призмы (преломляющий угол призмы), от показателя преломления п вещества призмы и от угла i₁ падения луча на призму. На рис.4(б) показано преломление в призме белого света и разложение его при этом в спектр (дисперсия).

Если угол падения луча на вторую грань призмы будет больше предельного, луч претерпит полное внутреннее отражение и выйдет из призмы через ее третью грань (рис.5). На этом основано устройство поворотной и оборачивающей призм. Обе призмы имеют преломляющий угол 90°, т. е. являются прямоугольными призмами, ход лучей в них понятен из рисунка. Поворотная призма (рис.5, а) изменяет направление хода лучей на 90°. Оборотная призма (рис.5, б) изменяет взаимное расположение лучей, вследствие чего изображение, которое они образуют, поворачивается на 180°.

Рис.5. Изменение хода лучей с помощью трехгранной призмы.

В медицинской практике обычно приходится определять показатели преломления жидкостей. Для этой цели применяется рефрактометр типа РЛ-2. Основу прибора составляют две прямоугольные призмы из стекла с высоким показателем преломления пп, сложенные гипотенузными гранями, между которыми помещается тонкий слой исследуемой жидкости (рис. 6).

Рис.6 Принципиальная схема рефрактометра.

Верхняя призма О осветительная, ее гипотенузная грань матовая. Нижняя призма И - измерительная, у нее матовая часть боковой наружной грани. Определение показателя преломления можно делать как в преломленном, так и в отраженном свете. Последнее применяется при окрашенных и сильно поглощающих свет жидкостях.

Ход лучей в первом случае показан схематически на рис.6, а. Свет (дневной или от электрической лампочки) зеркалом 3 направляется на боковую грань осветительной призмы. Рассеиваясь при выходе через ее матовую грань АБ, свет проходит слой жидкости и входит в измерительную призму по всевозможным направлениям, включая и угол

падения, близкий к 90°. В измерительной призме лучи, преломляясь, проходят только по направлениям, лежащим внутри предельного угла преломления r_пр. Величина этого угла определяется с помощью зрительной трубы Т. Объектив трубы фокусирует параллельные лучи, выходящие из отдельных точек грани ГД призмы И под различными углами. В связи с этим наблюдаемое через окуляр поле зрения трубы разделяется на светлую и темную части, граница между которыми соответствует границе угла r_пр. Если труба установлена так, что эта граница проходит по ее оси, то угол наклона ее равен углу гпр. Угол наклона трубы может быть измерен по соответствующей шкале. Тогда показатель преломления исследуемой жидкости относительно воздуха п находится по формуле n = n₀ sinr_np, где n₀ — показатель преломления стекла призм.

Во втором случае (рис.6, б) свет от зеркала направляется на матовую боковую грань ГЕ измерительной призмы. Рассеиваясь, он входит в призму и падает на ее гипотенузную грань ГД по всевозможным направлениям, включая и угол падения, близкий к 90°. Часть лучей проходит в жидкость и верхнюю призму. Однако лучи, падающие под углом, больше предельного i_np отражаются от грани ГД и по выходе из призмы попадают в зрительную трубу, поле зрения которой также разделяется на светлую и темную части. Устанавливая трубу по границе между ними, определяют угол i_np, а по нему находят искомый показатель преломления: Оптическая система рефрактометра содержит еще две вспомогательные призмы. Одна из них компенсирует дисперсию белого света в призмах О и И., в связи с чем результаты измерения соответствуют желтой линии натрия. Вторая - поворотная призма позволяет расположить ось зрительной трубы перпендикулярно плоскости расположения призм О и И, что значительно облегчает наблюдение