Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКИХ Н-АЛКАНОВ ДЛЯ КРАСНОЙ ЛИНИИ ВОДОРОДА

Шуваева О.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»
Развита методика расчета показателей преломления в гомологическом ряду жидких н-алканов для красной линии водорода при температуре 20 °С на основе данных о светорассеянии в электрическом поле высокой напряженности. Предложен способ расчета показателя преломления в зависимости от числа атомов углерода в молекуле н-алкана, позволяющий получать результаты с приемлемой степенью точности.
н-алканы
электрическое поле высокой напряженности
светорассеяние
показатель преломления
1. Иоффе Б.В., Зенкевич И.Г. Расчет показателей преломления и относительных плотностей в гомологических рядах органических соединений // ЖФХ. – 2000. – Т. 74, №  11. – С. 2101–2106.
2. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей / пер с англ. – Л.: Химия, 1982. – 592 с.
3. Справочник химика. Аналитическая химия, спектральный анализ, показатели преломления / под. ред. Б.П. Никольского. – Л.: Химия, 1967. – Т. 4. – 920 с.
4. Столяров Е.Ф., Орлова Н.Г. Расчет физико-химических свойств жидкостей. – М.: Химия, 1976. – 112 с.
5. Шуваева О.В. Определение оптических характеристик органических жидкостей по светорассеянию в электростатическом поле высокой напряженности // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – № 12. – С. 43–47.
6. Шуваева О.В. Расчет показателей преломления жидких н-алканов для желтой линии натрия // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – Ч. 2, № 2. – С. 33–36.
7. Шуваева О.В. Оптико-поляризационные эффекты в жидких диэлектриках при действии электрического поля высокой напряженности: дис. … канд. техн. наук. – Тула: ТулГУ, 2004. – 264 с.

Как показал анализ литературных данных, большинство имеющихся в справочной литературе значений показателей преломления органических жидкостей для красной линии водорода при температуре 20 °С характеризуются невысокой точностью, что не позволяет применять их для расчета некоторых аналитических параметров. Кроме того, для большого числа жидкостей значения schuv01.wmf отсутствуют [1, 3]. В силу вышеуказанного теоретические методы расчета показателя преломления являются в настоящее время наиболее перспективными, поскольку исключают необходимые затраты на очистку и выделение исследуемых жидкостей.

Цель исследования

Целью настоящей работы является отработка и развитие методики, предложенной в работах [5–6], для расчета показателя преломления жидких н-алканов для красной линии водорода (schuv01.wmf) в гомологическом ряду. Это позволит не только минимизировать систематические погрешности, но и оценить суммарную случайную погрешность предлагаемой методики.

Материалы и методы исследования

В качестве объектов исследования были выбраны жидкие н-алканы: н-нонан (С9Н20), н-декан (С10Н22), н-ундекан (С11Н24), н-додекан (С12Н26), н-гексадекан (С16Н34). Выбор объектов исследования обусловлен следующими причинами:

1) жидкие н-алканы широко применяются в качестве растворителей;

2) жидкие н-алканы хорошо и всесторонне изучены. Значения их показателей преломления для желтой линии натрия при температуре t = 20 °С являются справочными данными [3].

Предложенная в данной работе методика расчета показателя преломления основана на явлении уменьшения светопропускания исследуемых жидкостей в электрическом поле высокой напряженности, экспериментально установленном в работе [7], что происходит за счет рассеяния света по механизму Рэлея. Для расчета показателей преломления schuv01.wmf любых жидких гомологов ряда н-алканов были использованы результаты эксперимента, описанного в работе [7], в частности, значения светопропускания исследуемых н-алканов в электрическом поле высокой напряженности на длине волны l = 656,3 нм. Жидкие н-алканы с меньшим числом атомов углерода в молекулах (н-гексан и н-гептан, н-октан), как показал эксперимент [7], не могут быть исследованы фотоэлектроколориметрическим методом, так как являются сильно летучими и не позволяют получать статистически стабильные результаты по светорассеянию в электрическом поле высокой напряженности.

Показатель преломления schuv01.wmf н-алканов выражали из закона рассеяния Рэлея [5]:

schuv06.wmf, (1)

где Т0 = 100 % – начальное светопропускание жидкости, не подвергавшейся воздействию электрического поля; Т – светопропускание, которое устанавливалось в жидкости в результате воздействия на нее электрического поля, %; r – расстояние от центра рассеивающего объема V до точки наблюдения, м; l – длина волны света, м; N1 – число Лошмидта; b – коэффициент пропорциональности, устанавливаемый экспериментально [5]; V – рассеивающий объем.

При расчетах schuv01.wmf по формуле (1) рассеивающий объем исследуемых жидкостей V принимали равным 18,48 мл (объем стандартной кюветы фотоэлектроколориметра), расстояние от центра рассеивающего объема до точки наблюдения r = 0,0225 м, начальное светопропускание Т0 = 100 %.

Как уже указывалось ранее [5, 6], фотоэлектроколориметрический метод измерения светопропускания позволяет рассчитать значение показателя преломления с точностью до четвертого знака после запятой, поэтому изменение показателя преломления Dn в электрическом поле является величиной второго порядка малости, и им можно пренебречь.

Для теоретического расчета показателей преломления жидких н-алканов для красной линии водорода была построена зависимость schuv08.wmf, (Nc – число атомов углерода в молекуле н-алкана), где были использованы результаты расчета schuv01.wmf по формуле (1):

schuv10.wmf. (2)

Вычисление параметров зависимости schuv11.wmf проводилось методом наименьших квадратов. Логарифмический характер полученных зависимостей объясняется тем, что существуют предельные значения показателя преломления schuv12.wmf [1].

Результаты исследования и их обсуждение

Значения показателей преломления жидких н-алканов для красной линии водорода schuv01.wmf, рассчитанные по формуле (1) с использованием экспериментальных данных по светопропусканию исследуемых жидкостей в электрическом поле высокой напряженности, приведены в табл. 1. Здесь они сравниваются со справочными данными [3].

Результаты сравнения показателей преломления н-алканов schuv01.wmf, рассчитанных по формуле (2), со справочными значениями [3] приведены в табл. 2.

Таблица 1

Показатели преломления жидких н-алканов для красной линии водорода, рассчитанные по формуле (1)

Название жидкости

Химическая формула

schuv14.wmf

schuv15.wmf

D, %

н-нонан

С9Н20

1,40338

1,40342

0,003

н-декан

С10Н22

1,40986

н-ундекан

С11Н24

1,41507

н-додекан

С12Н26

1,41735

н-гексадекан

С16Н34

1,43421

1,43235

0,129

Таблица 2

Показатели преломления жидких н-алканов для красной линии водорода при температуре 20 °С, рассчитанные по формуле (2)

Nc

schuv17.wmf

schuv18.wmf

D, %

6

1,38399

1,37300

0,794

7

1,39162

1,38572

0,042

8

1,39823

1,39562

0,186

9

1,40406

1,40342

0,046

13

1,42226

14

1,42539

15

1,42935

16

1,43254

1,43235

0,013


 

Как следует из табл. 1, сравнение значений показателя преломления для красной линии водорода жидких н-алканов в гомологическом ряду при температуре 20 °С можно провести только для н-нонана и н-гексадекана (для н-декана, н-ундекана, н-додекана справочные данные отсутствуют [3]). Полученные погрешности лежат в пределах 0,003…0,129 %, что не превышает максимальных погрешностей экспериментального определения и расчетных значений показателей преломления, предложенных другими авторами [1], и способных достигать 0,2–6,0 %.

Справочные значения schuv01.wmf для н-тридекана, н-тетрадекана и н-пентадекана отсутствуют [3]. schuv20.wmf, приведенные в табл. 2, получены с помощью расчетной схемы (2). Значения погрешностей (см. табл. 2) позволяют сделать вывод о том, что для трех указанных жидкостей они не превысят 1 %. Известные на сегодняшний момент эмпирические уравнения для оценки, в частности, значений schuv21.wmf [2, 4], приводят к максимальным погрешностям, лежащим в пределах 1…6 %, что на порядок больше погрешностей, полученных для schuv01.wmf в данной работе. Таким образом, значения schuv01.wmf для жидких н-алканов в гомологическом ряду, полученные с помощью предложенной в данной работе расчетной схемы, можно использовать для различных физико-химических расчетов.

Заключение

Предложена методика расчета показателя преломления жидких н-алканов для красной линии водорода при температуре 20 °С, которая обеспечивает приемлемую точность, не превышающую 0,80 %. Развита схема расчета показателя преломления schuv01.wmf в зависимости от числа атомов углерода в молекуле н-алкана, что позволяет избежать трудоемких экспериментов. Предложенную методику расчета предполагается развить для получения значения показателей преломления органических жидкостей для других длин волн и температур.


Библиографическая ссылка

Шуваева О.В. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКИХ Н-АЛКАНОВ ДЛЯ КРАСНОЙ ЛИНИИ ВОДОРОДА // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 3-1. – С. 15-17;
URL: https://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=6467 (дата обращения: 28.01.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074