Реферат: Електричні властивості молекул. Поведінка речовини в зовнішньому електричному полі

N = · N_A ,

де r – питома вага речовини; М – молярна маса речовини

= .

Якщо врахувати орієнтаційний дипольний момент молекул у зовнішньому електричному полі, то рівняння Клаузиуса-Масотті набуває вигляду

= .

Це рівняння називають рівнянням Дебая.

Поведінка речовин у змінному електричному полі. Рефракція. При дії на молекули діелектрика змінного поля поляризація залежить від зміни поля. Із збільшенням частоти полярні молекули не встигають орієнтуватися вздовж поля. Тому при досягненні деякої критичної частоти спочатку зникає орієнтаційна поляризація. При дальшому збільшенні частоти зникає і атомна поляризація через інерцію зміщення атомів і атомних груп в молекулі. Таким чином, для частот змінного поля вище 10¹⁵ гц спостерігається тільки електронна поляризація. Тому для неполярних діелектриків в полях змінної частоти рівняння Клаузиуса-Масотті заміняється рівнянням молярної рефрекції Лоренц-Лорентца, так як ε(n) = n² (n)

R = = ,

n – показник заломлення;

α – поляризуємість молекул у змінному електричному полі високої частоти.

Як правило, експерименти проводять в полі світової хвилі жовтої лінії спектра. Випромінювання цієї довжини хвилі речовиною, як правило, не поглинається. Цю спектральну характеристику позначають індексом D справа знизу: n_D , R_D .

Оскільки густина речовини залежить від температури (Т), то молярна рефракція теж залежить від температури, на що показує верхній правий індекс: , . Але n залежить від довжини хвилі випромінювання, то використовуючи екстраполяцію n(l) для l = ¥ одержують n_¥ . Величина n_¥ дозволяє визначити статичну електронну молярну поляризацію:

R_¥ = P_e = = ;

n = .

Оскільки n речовин можна визначити досить просто, то уже в кінці ХІХ ст. накопичилося багато рефрактометричних даних, особливо для газів і рідин. При звичайних умовах рідкими є більшість органічних сполук, отже вчення про рефракцію з самого початку розвивалося головним чином на органічних об’єктах. Було встановлено, що в гомологічних рядах молярна рефракція зростає при збільшенні молекулярної маси речовини. Тобто вона виявилась безпосередньо зв’язаною з складом хімічної сполуки. Так, при збільшенні ланцюга у насичених вуглеводнях на одну групу СН₂ R зростає на одну і ту є величину: 4,618 см³ . Таке постійне зростання R при появі одної і тої ж групи атомів привело до думки приписати певні величини рефракцій окремим атомам. Великою кількістю дослідників були проведені відповідні розрахунки , в результаті яких було встановлено, що середнє значення рефракції вуглецю – 5,0; водню – 1,3; кисню – 3,0 (см³ ). Таке близьке співпадання значень рефракції елементів, що перебувають у вигляді простої речовини і в сполуках з іншими елементами дозволило Ландольту сформулювати правило: молярна рефракція хімічної сполуки рівна сумі рефракцій атомів, що входять до її складу. Це положення (хоч і не зовсім точне) відіграло прогресивну роль, так як дало метод розрахунку молекулярних рефракцій, і стимулювало вивчення атомних рефракцій елементів. Співставлення розрахованих і експериментальних величин молекулярних рефракцій дозволило дослідникам зробити висновки про структуру молекули.

Використання рефрактометрії для розв’язання структурних задач засновано на порівнянні експериментально виміряних величин з теоретично розрахованими рефракціями для різних варіантів розташування атомів у просторі.

При розрахунку молярних рефракцій хімічних сполук необхідно враховувати реальний характер хімічного зв’язку між атомами.

Приклад. 4,618. Виходячи з цього, можна знайти величину рефракцій С і Н: R_C + 2R_H . Тоді для довільного насиченого вуглеводню

nR_C + (2n + 2)R_H ; nR_C + 2nR_H .

Якщо візьмемо два вуглеводні з різним n, то одержимо дві рівняння з невідомими R_C і R_H . З них можна визначити ці величини. Існують таблиці атомних рефракцій для всіх елементів.

Величина атомної рефракції елементу залежить від типу хімічного зв’язку, в якому даний атом бере участь. Наприклад, атом С, що приймає участь у подвійному зв’язку, має значення R = = 4,161 см³ , тоді

R_C= = R_C + I=,

I= – поправка на подвійний зв’язок, називається інкриментом подвійного зв’язку (І=) = 1,713;

R_{C º} = R_C + Iº,

Iº – інкримент потрійного зв’язку.

Тоді загальне рівняння для визначення рефракції молекули, що містить будь-які типи зв’язків, можна записати:

,

перша сума – сума рефракцій атомів, що входять в молекулу;

друга сума – поправка (інкримент) до типу хімічного зв’язку.