Upload
others
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
FIZIČKE OSOBINE
I
STRUKTURA MOLEKULA
FIZIČKE OSOBINE
Aditivne osobine – predstavljaju zbir vrednosti
odgovarajuće osobine konstituenata sistema.
Konstitutivne osobine – zavise od načina vezivanja atoma
u molekulu, a u manjoj meri od njihove prirode i broja.
Koligativne osobine – zavise od broja molekula u sistemu,
a ne od njihove prirode.
Molarna zapremina
Parahor
Molarna refrakcija
MOLARNA ZAPREMINA
Idealno gasno stanje na T = 273,15 K i p = 101,325 kPa:
Vm,0 = (0,0224141 0,0000002) m3/mol .
Tečnosti? Molarna zapremina tečnosti je aditivna ali i
konstitutivna osobina.
spm MvM
n
VV
KOP (1)
Izomerna jedinjenja imaju približno istu molarnu zapreminu.
CH3(CH2)5CH3 – n-heptan: Vm = 147,6 cm3/mol
CH3CH(CH3)(CH2)3CH3 – izo heptan : Vm = 147,5 cm3/mol
KOP (2)
Molarna zapremina članova homologog niza ugljovodonika
raste za svaku CH2 grupu za 22 cm3/mol.
Određivanje ekvivalenta zapremine vodonika:
2Vm(H) = Vm(CnH2n+2) - nVm(CH2)
= Vm(CnH2n+2) - n · 22 = 11 cm3/mol
Vm(H) = 5,5 cm3/mol
KOPOVO PRAVILO (empirijsko)
Molarne zapremine mnogih tečnosti, kada se određuju na
njihovim tačkama ključanja (korespodentna temperatura)
pod atmosferskim pritiskom, jednake su sumi zapremina
atoma konstituenata.
KOPPOVO PRAVILO
Zapreminski ekvivalenti elemenata, cm3/mol
H 5,5
C 11,0
Cl 22,8
Br 27,8
I 37,5
-O- 7,8 (OH)
O= 12,2(C=O)
S 22,6
KOPPOVO PRAVILO
Zapreminski ekvivalenti elemenata, cm3/mol
H 5,5
C 11,0
Cl 22,8
Br 27,8
I 37,5
-O- 7,8 (OH)
O= 12,2(C=O)
S 22,6
KOPPOVO PRAVILO
Ekvivalenti zapremine elemanata mogu poslužiti samo za
približno izračunavanje molarnih zapremina tečnosti
(Kopovo pravilo ne daje zadovoljavajuće rezultate čak i
kada se uzme u obzir konstitutivni faktor).
Molarna zapremina
Parahor
Molarna refrakcija
PARAHOR
t(0C) (mN/m) -’(g/cm3) C(…)
20 28,99 0,9787 2,638
61 23,61 0,8330 2,647
120 16,48 0,7616 2,643
240 3,47 0,5739 2,657
Meklod: C '
4/1
t(0C) (mN/m) -’(g/cm3) C(…)
20 17,01 0,7109 2,856
50 13,69 0,6713 2,865
110 7,00 0,5707 2,865
170 1,42 0,3785 2,884
C6H6 (C2H5)2O
PARAHOR
PconstM
.'
4/1
4/14/1
mV
MP
’
ATOMSKI I STRUKTURNI EKVIVALENTI
PARAHORA
Ugljenik 4,8 Trostruka veza 46,6
Vodonik 17,1 Fosfor 39,2
Azot 12,5 Sumpor 48,5
Kiseonik 20,0 3-člani prsten 16,7
O2 u estrima 60,0 4-člani prsten 11,6
Brom 68,0 6-člani prsten 6,1
Jod 90,0 Naftalinski prsten 12,2
Fluor 25,0
PARAHOR – primer 1
C6H4CH3CN – toluolnitril
[P]teor = 8 [P]C + 7 [P]H + [P]N + [P]6-prsten + 3 [P]= + [P]
= 8·4,8 + 7 ·17,1 + 12,5 + 6 ·6,1 + 3 ·23,2 + 46,6
= 292,9
[P]exp,o-TN = 299,6 [P]exp,m-TN = 295,6 [P]expp-TN = 294,4
PARAHOR – primer 2
(C2H4O)3 – paraaldehid
linearna struktura: CH3CH(OH)CH2CH(OH)CH2CHO
ciklična struktura:
PARAHOR – primer 2
(C2H4O)3 – paraaldehid
linearna struktura: CH3CH(OH)CH2CH(OH)CH2CHO
[P]teor = 6 [P]C + 12 [P]H + 3 [P]O + [P]=
= 6·4,8 + 12·17,1 + 3·20,0 + 1·23,2
= 317,2
PARAHOR – primer 2
(C2H4O)3 – paraaldehid
ciklična struktura:
[P]teor = 6 [P]C + 12 [P]H + 3 [P]O + [P]6-prsten
= 6·4,8 + 12·17,1 + 3·20,0 + 1·6,1
= 300,1
PARAHOR – primer 2
(C2H4O)3 – paraaldehid
[P]teor = 317,2 – linearna struktura
[P]teor = 300,1 – ciklična struktura
[P]exp = 298,7
PARAHOR
Primer:
Koliki je parahor C2H6 ako je [P]CH3Cl = 110, [P]CH4 = 73 i
[P]HCl = 71?
Rešenje:
[P]CH2 = [P]CH3Cl – [P]HCl = 110 – 71 = 39
[P]C2H6 = [P]CH4 + [P]CH2 = 73 + 39 = 112
Molarna zapremina
Parahor
Molarna refrakcija
ŠTA SE DEŠAVA KADA SVETLOST NAIĐE
NA GRANIČNU POVRŠINU?
• deo zračenja se reflektuje
• deo zračenja se apsorbuje
• deo zračenja se propusti
(prelomi)
REFLEKSIJA
Upadni
ugaoUgao
refleksije
Jednakost upadnog i prelomnog ugla
ru
PRELAZ IZ JEDNE SREDINE U DRUGU
Pri prelazu iz jedne sredine u drugu, dolazi do promene brzine.
Slično je i sa svetlošću!
PRELAMANJE SVETLOSTI
On vidi
ribu
ovde….
PRELAMANJE SVETLOSTI
A ona je, u stvari, ovde!
On vidi
ribu
ovde….
PRELAMANJE SVETLOSTI
iz ovog položaja se ne
može videti novčić u čaši
novčić se može videti kad
se čaša napuni vodom
PRELAZ SVETLOSTI
IZ JEDNE SREDINE U DRUGU
• menja se brzina svetlosti
• menja se putanja svetlosnog zraka
INDEKS PRELAMANJA
Indeks prelamanja, N - kvantitativno merilo prelamanja svetlosti
pri prelasku iz jedne sredine u drugu - optička osobina
karakteristična za svaku providnu, izotropnu supstanciju
Primena:
1) Identifikacija - u neorganskoj hemiji i analizi masti, ulja,šećera.
2) Kvantitativno određivanje - merilo čistoće - produktidestilacije, industrija hrane, biohemija.
3) Određivanje strukture.
vcN
INDEKS PRELAMANJA
rr
cv
Elektromagnetna teorija svetlosti
rrvcN
rr N 1
VAZDUH → VODA
VODA → VAZDUH
SNELIJUS-OV ZAKON
Vilebrord Snel je 1626. god. izveo zakon refrakcije:
Ni - indeks prelamanja sredine koju svetlost napušta
i - upadni ugao između upadnog zraka i normale na graničnu
površinu
Nr - indeks prelamanja sredine u koju svetlost ulazi
r - prelomni ugao između prelomnog zraka i normale na
graničnu površinu
rrii NN sinsin
ZAKON REFRAKCIJE
žuti trougao:
zeleni trougao:
d
tv11sin
d
tv22sin
1
2
2
1
2
1
2
1
/
/
sin
sin
n
n
nc
nc
v
v
KRITIČNI UGAO
1
21
2
2211
sin
2
sinsin
N
N
NN
POTPUNA REFLEKSIJA
REFRAKCIJA I REFLEKSIJA
REFRAKCIJA I REFLEKSIJA
ZAKON REFRAKCIJE
2
1
2
1
1
2
1
221
sin
sin
/
/
v
v
vc
vc
N
Nn
relativni indeks prelamanja
N1(vazduh) = 1,00027 N2 n21
n za = 589 nm
sredina n sredina n
vakuum 1,00 ugljendisulfid 1,63
vazduh (STP) 1,0003 KCl (č) 1,49
voda (20C) 1,33 KI (č) 1,67
aceton 1,36 staklo 1,50 – 1,90
ugljentetrahlorid 1,47 safir 1,77
polistiren 1,55 dijamant 2,42
MERENJE n
Indeks prelamanja se meri:
• refraktometrijski
• interferometrijski
Talasne duine svetlosti koje se primenjuju u refraktometriji
(nm) oznaka izvor boja
589,6 nD Na para žuta
656,3 nC, n H crvena
486,1 nF, n H plava
434,0 nG, n H ljubičasta
546,1 n546,1 Hg para zelena
INDEKS PRELAMANJA
Indeks prelamanja je intenzivna veličina koja zavisi od:
1) talasne dužine
2) temperature T (promena T promena promena v):
- T
- T v
- T n = c/v
n = f ()
Zavisnost n od se zove disperzija.
Indeks prelamanja za različite
sredine opada sa talasnom
dužinom
ljubičasta svetlost se prelama
više od crvene kada iz vazduha
ulazi u tu sredinu
DISPERZIJA
Promenjen pravac prostiranja svetlosti i rezultujuće boje su
razdvojene (disperzija). Kratke talasne dužine su skrenute
više od dugih: „crveno” je manje prelomljeno a „ljubičasto” više.
DUGA
POJAVA DUGE
• Kišne kapi na većoj visini upravljaju crvenu svetlost prema posmatraču.
• Kapljice niže na nebu upravljaju ljubičastu svetlost prema posmatraču.
• Druge boje spektra leže između crvene i ljubičaste.
DISPERZIJA REFRAKCIJE
i i
ian22
,0
2 1
Volfgang Selmajer
0,i – frekvencija koja odgovara elektronskom
prelazu u molekulu (ili energiji jonizacije)
ai – koeficijent srazmeran oscilatornoj jačini
prelaza
DISPERZIJA REFRAKCIJE
i i
ian2
,0
2
22 '1
,...,142
2
CB
n
– talasna dužina u vakuumu
(ne u materijalu)
c
ca
i
i
2
,0'
DISPERZIJA REFRAKCIJE
Ogisten Luj Koši
,...,42
CBAn
n različitih materijala – stakla
Indeks prelamanja čistog SiO2 je 1,45. Promena indeksa prelamanja
SiO2 sa koncentracijama dopiranih oksida (rezultati su bazirani na
merenjima na talasnoj dužini oko 0,6 m).
n
mol %
n silikatnog stakla
Sastav stakla (mol %)
A čisto silikatno staklo
B 13.5% GeO2; 86.5% SiO2
C 9.1% P2O5; 90.9% SiO2
D 13.3% B2O3; 86.7% SiO2
E 1.0% F; 99.0% SiO2
F 16.9% Na2O; 32.5% B2O3;
50.6% SiO2
SVETLOVODI
Totalna refleksija je osnov svetlovoda.
Veoma značajno
za moderni prenos podataka
i komunikacione sisteme.
Totalna
refleksija
MOLARNA REFRAKCIJA
specifična refraktivnost(empirijski je utvrđeno da za određenu tečnost i nezavisna od T)
1
2
12
2
n
nr
M
n
nR
2
12
2
1n
1nM
molarna refraktivnost(aditivna i konstitutivna veličina)
specifična refrakcija
molarna refrakcija(teorijski izvedena aditivna i konstitutivna veličina, za
određenu tećnost i nezavisna od p, T i agregatnog
stanja)
MOLARNA REFRAKCIJA
pm VVM
n
nR
2
12
2
Teorijski je pokazano (pod pretpostavkom da su molekuli
provodne sfere) da [R] predstavlja pravu molarnu
zapreminu:
Vm – izmerena molarna zapremina
Vp – zapremina praznog prostora
u jednom molu supstancije
[R] – PRIMENA (1)
Procena poluprečnika molekula (pretpostavka – molekuli
su sfernog oblika):
33
4rNR A
3
4
3
AN
Rr
VjAi RnRnR
ni - broj atoma
nj - broj višestrukih veza
Aditivna i konstitutivna veličina pružanje uvida u strukturu
molekula poznatog hemijskog sastava:
[R] – PRIMENA (2)
Vodonik 1,100 Kiseonik (u CO grupi, O=) 2,211
Ugljenik 2,418 Kiseonik (u etrima, O) 1,643
Hlor 5,967 Kiseonik (u OH grupi, O) 1,525
Brom 8,865 Dvostruka veza 1,733
Jod 13,900 Trostruka veza 2,398
3-člani prsten 0,710 4-člani prsten 0,480
ATOMSKI I STRUKTURNI
EKVIVALENTI REFRAKCIJE ZA NATRIJUMOVU D-LINIJU
R RD R R
C 2,413 2,418 2,438 2,466
H 1,092 1,100 1,115 1,127
O(CO) 1,189 2,211 2,247 2,267
O(OH) 1,522 1,525 1,531 1,541
= 1,686 1,733 1,824 1,893
2,328 2,398 2,506 2,539
ATOMSKI I STRUKTURNI
EKVIVALENTI REFRAKCIJE
C6H12 C6H6 (C2H5)2O CHCl3
Izmereno
Izračunato
27,71
27,67
26,15
26,31
22,48
22,31
21,40
21,42
STRUKTURNA ODREĐIVANJA
E = Reksp Rizr optička anomalija
E > 0 optička egzaltacija
E < 0 optička depresija
OPTIČKA ANOMALIJA
2211
2
2
2,12
1 MxMx
n
nR
22112,1 RxRxR
Kvantitativna određivanja
na osnovu refrakcija smeše
[R] – PRIMENA (3)