Način ocenjivanja- Opšti kurs fizičke hemije 2 Posećivanje predavanja 4 boda: 60-70%-1, , 80-90%-3 i %-4 Interakt. nastava i domaći: 1

Transcript

1 Način ocenjivanja- Opšti kurs fizičke hemije Posećivanje predavanja 4 boda: 60-70%-1, , 80-90%-3 i %-4 Interakt. nastava i domaći: 1 bod Kolokvijumi vežbe: 15, svaki po 5 (1 bod-6, b.-7, 3b.-8, 4b.-9, 5b.-10)-Minimalno 3 boda Vežbe: 5, svaka po 0,5 Nastavni kolokv. 30, svaki po 15 Usmeni ispit 45 boda Ocena bodova bodova bodova bodova bodova 10 55

2 Glava Molarna zapremina 6.. Parahor 6.3. Molarna refrakcija 6.6. Apsorpcija zračenja 6.7. Optička aktivnost

3 Fizičke osobine Aditivne osobine su one koje predstavljaju sumu vrednosti odgovarajuće osobine konstituenata sistema- M r, m, V m Konstitutivne osobine su one koje zavise pre svega od načina vezivanja atoma u molekulu, a u manjoj meri od njihove prirode i broja-t k, T t, R, P. Koligativne osobine su one koje zavise od broja molekula u sistemu, a ne od njihove prirode- Δ p, ΔT k, ΔT t, Π

4 Molarna zapremina V Vm Mvsp n M ρ Idealno gasno stanje T 73,15 K i P 101,35 kp iznosi: V m,0 (0, ± 0, ) m 3 /mol Kod tečnosti molarna zapremina aditivna ali i konstitutivna osobina

5 Izomerna jedinjenja imaju približno istu molarnu zapreminu: CH 3 COOCH CH 3 metan propionat CH 3 CH COOCH 3 etil acetat CH3CH CH COOH propil formijat C 4 H 8 O isto V m Molarna zapremina članova homologog niza ugljovodonika raste za svaku CH grupu za cm 3 /mol Kopp-ovo pravilo Molarne zapremine mnogih tečnosti, kada se određuju na njihovim tačkama ključanja (korespodentna temperatura) pod atmosferskim pritiskom, jednake su sumi zapremina atoma konstituenata

6 Određivanje ekvivalenta zapremine vodonika: V m (H) V m (C n H n+ )-nv m (CH ) V m (C n H n+ )-n 11 cm 3 /mol Zapreminski ekvivalenti elemenata, cm -3 /mol V m (H)5,5cm 3 /mol H C Cl Br 5,5 11,0,8 7,8 -O- O,6 Ekvivalenti zapremine elemanata mogu poslužiti samo za približno izračunavanje molarnih zapremina tečnosti, jer Kopovo pravilo ne daje zadovoljavajuće rezultate čak i kada se uzme u obzir konstitutivni faktor I S 37,5 7,8 (OH) 1,(CO)

7 Parahor Meklod: γ 1/ ρ 4 ρ' C γ γ 0 1 C 6 H 6 T T c n γ M ρ ρ' / 3 kt c (C H 5 ) O 1 T T c t( 0 C) γ(d/cm) ρ-ρ (g/cm 3 ) C( ) t( 0 C) γ(d/cm) ρ-ρ (g/cm 3 ) C( ) ,99 3,61 16,48 0,9787 0,8330 0,7616,638,647, ,01 13,69 7,00 0,7109 0,6713 0,5707,856,865, ,47 0,5739, ,4 0,3785,884

8 Atomski i strukturni ekvivalenti parahora Ugljenik 4,8 Brom 68,0 Trostruka veza 46,6 Vodonik 17,1 Jod 90, 3-člani prsten 16,7 Azot 1,5 Fluor 5,0 4-člani prsten 11,6 Kiseonik 0,0 Sumpor 48,5 6-člani prsten 6,1 O u estrima 60,0 Fosfor 39, Naftalinski prsten 1,

9 Mγ ρ 1/ 4 ρ' const. [ P] ρ <<ρ Mγ ρ 1/ 4 [ ] 1/ 4 P γ V m 1/ 4 [ P] γ A V A m, A 1/ 4 [ P] B γ B Vm, B C H O Ekvivalenti parahora 4,8(11,5) S 48,5 17,1(14,4) Cl 53,8 0,0 Br 68,0 6-prsten 3, 46,6 6,1 Primeri: SF 6 [P] exp 143,3 [P] teor 6 [P] (F)+ [P] (S)150+48,5146,5

10 Primeri: C 6 H 4 CH 3 CN toluolnitril Parahor [P] teor 8[P](C)+7 [P](H)+ [P](N)+ [P](6-prsten)+3 [P]()+ [P]( ) 8 4,8+7 17,1+1,5+6 6,1+3 3,+46,69,9 [P] exp (o-tn)99,6 [P] exp (m-tn)95,6 [P] exp (p-tn)94,4 (C H 4 O) 3 paraaldehid [P] teor 363,6 linearna struktura [P] teor 300,1 ciklična struktura [P] exp 98,7

11 Parahor Primeri: Koliki je parahor C H 6 ako je parahor: P(CH 3 Cl)110, P(CH 4 )73 i P(HCl)71. a) 33 b) 110 c) 11 d) 114 e) 54 f) ne znam Rešenje Pošto je parahor aditivna veličina to možemo odrediti: PCH PCH 3 Cl-PHCl Onda je: PC H 6 PCH 4 +PCH

12 REFLEKSIJA Jednakost prelomnih uglova Upadni ugao Prelaomni ugao θ i θ r mmmmm

13 Refrakcija On vidi ribu ovde. A ona je u stvari ovde!!

14 Refrakcija Kratke talasne dužine su skrenute više od dugih disperzija Svetlost je skrenuta i rezultujuće boje razdvojene (disperzija). Crveno je manje prelomljeno a ljubičasto više.

15 Refrakcija Indeks prelamanja

16 Opšti kurs fizičke hemije-ii semestar 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 indeks prelamanja, n: 1. Identifikacija- u neorganskoj hemiji i analizi masti, ulja, šećera. Kvantitativno određivanje-merilo čistoće-produkti destilacije, industiraja hrane, biohemija 3. Određivanje strukture

17 Definicija indeksa prelamanja Možemo definisati indeks prelamanja kao: N c v με μ ε 0 0 μ r Većina sredina nisu magnetici i imaju magnetsku permeabilnost μμ 0, kada je: c n N v 1 ε N ε ε ε r 1 N c 1 v Relativni indeks prelamanja v 1 v 0 r Apsolutni indeks prelamanja karakteristika sredine v 1 v α β 1

18 Snell-ijusov zakon 161, holandski fizičar Willebrord Snell ( ), je izveo odnos između uglova pod kojim svetlost prelazi iz jedne sredine u drugu: n sinθ n sinθ i i r r gde je: n i indeks prelamanja sredine koju svetlost napušta, θ i je upadni ugao između upadnog zraka i normalu na graničnu površinu, n r je indeks prelamanja sredine u koju svetlost ulazi, θ r je prelomni ugao između prelomnog zraka i normale na graničnu površinu.

19 Zakon refrakcije sinθ 1 v 1 t/d (žuti trougao) sinθ v t/d (zeleni trougao) sin sin θ θ 1 v v 1 Geometrijsko izvođenje zakona refrakcije (Snellijusov zakon).

20 Zakon refrakcije c n 1 N N 1 c v v 1 v v 1 sin sin θ θ 1 relativni indeks prelamanja N 1 (vazduh)1,0007 N n 1

21 Indeksi prelamanja za talasnu dužinu od 589 nm Sredina Indeks Sredina Indeks Vakuum 1,00 Ugljendisulfid 1,63 Vazduh (STP) 1,0003 KCl (č) 1,49 Voda (0 0 C) 1,33 KI (č) 1,67 Aceton 1,36 Staklo 1,50-1,90 Ugljentetrahlorid 1,47 Safir 1,77 Polistiren 1,55 Dijamant,4

22 Merenje indeksa prelamanja Indeks prelamanja se meri: refraktometrijski i interferometrijski Refraktometrijsko merenje se zasniva na principu kritičnog ugla. Kritični ugao je onaj prelomni ugao čiji je upadni ugao Za sve upadne uglove većeod 90 0 dolazi do totalne refleksije zračenja.

23 Duga Zrak svetlosti susreće kap vode u atmosferi Dolazi do refleksije i refrakcije Prvo se zrak prelama na prednjoj površini kapljice Ljubičasta svetlost najviše skreće Crvena svetlost će skretati najmanje Na zadnjoj površini svetlost se odbija Ona se ponovo prelama pri povratku na prednjoj površini i nastavlja kroz vazduh Zraci napuštaju kap pod različitim uglovima Ugao između bele svetlosti i ljubičaste je 40 Ugao između bele svetlosti i srvenog zraka je 4

24 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

25 Svetlovodi Totalna refleksija je osnov svetlovoda. Veoma značajno za moderni prenos podataka i komunikacione sisteme Totalna refleksija

26 Molarna refrakcija [(n 1)/ρ] λ [M(n 1)/ρ] λ specifična refraktivnost (empirijski za određenu tečnost i λ nezavisno od temperature-za određivanje gustine tečnosti) molarna refraktivnost (aditivna i konstitutivna velilina) r n n ρ specifična refrakcija [ R] n n 1 + M ρ molarna refrakcija (teorijski izvedena-aditivna i konstitutivna veličina-nezavisna od pritiska, temperature i agregatnog stanja)

27 Molarna refrakcija R [ ] n n 1 + M ρ Prava molarna zapremina molekuli-provodne sfere [ R] n R + n R + n R i A j V k P n i -broj atoma n j -broj veza n k -broj prstenova

28 Molarna refrakcija Ekvivalenti refrakcije C H O(CO) O(OH) Izmereno Izračunato R α,413 R D,418 R β,438 R γ,466 1,09 1,100 1,115 1,17 1,189,11,47,67 1,5 1,55 1,531 1,541 1,686 1,733 1,84 1,893,38,398,506,539 Strukturna određivanja C 6 H 1 C 6 H 6 (C H 5 ) O 7,71 6,15,48 7,67 6,31,31 CHCl 3 1,40 1,4

29 Ekvivalenti molarne refrakcije za natrijumovu D-liniju Vodonik 1,100 Kiseonik (u CO grupi, O),11 Ugljenik,418 Kiseonik (u etrima, O ) 1,643 Hlor 5,967 Kiseonik (u OH grupi, O )1,55 Brom 8,865 Dvostruka veza 1,733 Jod 13,900 Trostruka veza,398 3-člani prsten 0,710 4-člani prsten 0,480 E [R] eksp [R] izr optička anomalija E>0 optička egzaltacija E<0 optička depresija

30 Optička anomalija CH 3- CHCH-CHCH-CH 3,4 heksadien E1,76 cm 3 mol -1 CH 3 -CHCH-CHCH-C H 5,4 heptadien E1,96 cm 3 mol -1 -CC-CC-CC- polienski lanac- najveća anomalija CCCC kumulovane-najmanja anomalija benzen E-0,16 alilbenzen E-0,5 stiren E1,7 butadien E1,40 acetofen E0,78 -metil butadien E1,04 Keto-enolna tautomerija Keto oblik [R] M 31,57cm 3 mol -1 Enolni oblik [R] M 3,6cm 3 mol

31 Kvantitativna određivanja [ R ] x [ R] + x [ R] 1, 1 1 [ R] 1, n n 1 x1m 1 + xm + ρ refrakcija smeše n ( n 1)(100 p) ρ 1 p 100( n ρ 3 1) ρ

32 Disperzija Indeks prelamanja zavisi od talasne dužine svetlosti Ova zavisnost n od λ se zove disperzija, nf(λ) Snell-ijusov zakon ukazuje da ugao refrakcije kada svetlost ulazi u datu sredinu zavisi od talasne dužine svetlosti

33 Promena indeksa prelamanja sa talasnom dužinom Indeks prelamanja za različite sredine opada sa talasnom dužinom Ljubičasta svetlost se prelama više od crvene kada iz vazduha ulazi u tu sredinu

34 Refrakcija na prizmi Veličina do koje je zrak skrenut iz prvobitnog pravca je ugao skretanja, δ Pošto sve boje imaju različite uglove skretanja to će se one razdvojiti u spektar Ljubičasto najviše skreće Crveno skreće najmanje

35 Opšti kurs fizičke hemije-ii semestar Indeks prelamanja Indeks prelamanja za dati medijum zavisi od dve promenjljive: a. Indeks prelamanja (n) zavisi od talasne dužine (λ). Zraci različitih talasnih dužina se prelamaju u različitoj meri u istoj sredini proizvodeći tako različite indekse prelamanja. b. Indeks prelamanja (n) zavisi od temperature. Ako se temperatura menja, menja se i gustina; stoga se menja brzina (ν). Gustina medijuma opada sa porastom temperature. Brzina svetlosti u medijumu raste sa temperaturom i opadanjem gustina. Odnos brzine svetlosti u vakuumu i u datoj sredini opada, tj. indeks prelamnja opada sa porastom temperature.

36 Disperzija refrakcije λ ν c 0, c a λ ν ν a n + 0 ' 1 λ λ λ a n λ ν c,..., λ λ C B n

37 Eksperimentalni podaci za indeks prelamanja Promena indeksa prelamanja optičkih materijala sa talasnom dužinom: n λ / (λ [ ] ) λ / (λ [ ] ) λ / (λ [ ] )

38 Indeks prelamanja različitih materijala-stakla n Mol % Indeks prelamanja čistog SiO je Promena indeksa prelamanja SiO sa koncentracijama dopiranih oksida (rezultati su bazirani na merenjima na talasnoj dužini oko 0.6μm).

39 Promena indeksa prelamanja silikatnog stakla sa talasnom dužinom Sastav stakla (mol %) A čisto silikatno staklo B 13.5% GeO ; 86.5% SiO C 9.1% P O 5 ; 90.9% SiO D 13.3% B O 3 ; 86.7% SiO E 1.0% F; 99.0% SiO F 16.9% Na O; 3.5% B O 3 ; 50.6% SiO

40 Opšti kurs fizičke hemije Promena indeksa prelamanja sa temperaturom Indeks prelamanja (N D ) opada sa porastom temperature, t.j. brzina svetlosti u sredini raste kako gustina opada. Merene vrednosti (N D ) se obično izražavaju na 0 o C Za temperaturu > 0 o C (Δt je pozitivno), tj., dodaje se korekcioni faktor Za temperaturu < 0 o C (Δt je negativno), tj., oduzima se korekcioni faktor Korekcioni faktor Δt * (Temp 0) * Primenjuje se sledeća jednačina za korekciju temperature: N 0 D N Temp D + (Temp 0) * Pr: Za izmerenu vrednost od 1,553 na 16 o C, korekcija je: N D (16 0) * (-4) * Tipične vrednosti za organske tečnosti su :