FIZIČKE OSOBINE I STRUKTURA MOLEKULA

1. FIZIČKE OSOBINE I STRUKTURA MOLEKULA • Glava 6 • 6.1. Molarna zapremina • 6.2. Parahor • 6.3. Molarna refrakcija • 6.6. Apsorpcija zračenja • 6.7. Optička aktivnost

2. Fizičke osobine • Aditivne osobine su one koje predstavljaju sumu vrednosti odgovarajuće osobine konstituenata sistema- Mr, m, Vm • Konstitutivne osobine su one koje zavise pre svega od načina vezivanja atoma u molekulu, a u manjoj meri od njihove prirode i broja-Tk, Tt, R, P. • Koligativne osobine su one koje zavise od broja molekula u sistemu, a ne od njihove prirode-p,T k , Tt , 

3. Molarna zapremina • Idealno gasno stanje T = 273,15 K i P = 101,325 kP iznosi:Vm,0= (0,022 414 10  0,000 000 19) m3/mol • Kod tečnosti molarna zapremina aditivna ali i konstitutivna osobina

4. Izomerna jedinjenja imaju približno istu molarnu zapreminu: • CH3COOCH2CH3 – metan propionat • CH3CH2COOCH3 – etil acetat • CH3CH2CH2COOH – propil formijat • Molarna zapremina članova homologog niza ugljovodonika raste za svaku CH2 grupu za 22cm3/mol Kopp-ovo pravilo C4H8O2 –isto Vm Molarne zapremine mnogih tečnosti, kada se određuju na njihovimtačkama ključanja (korespodentna temperatura) pod atmosferskim pritiskom, jednake su sumi zapremina atoma konstituenata

5. Određivanje ekvivalenta zapremine vodonika: 2Vm(H)=Vm(CnH2n+2)-nVm(CH2)= Vm(CnH2n+2)-n·22=11 cm3/mol Vm(H)=5,5cm3/mol Zapreminski ekvivalenti elemenata, cm-3/mol 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

6. Parahor Meklod: C6H6 (C2H5)2O

7. Atomski i strukturni ekvivalenti parahora Ugljenik 4,8 Brom 68,0Trostruka veza 46,6 Vodonik 17,1 Jod 90, 3-člani prsten 16,7 Azot 12,5 Fluor 25,0 4-člani prsten 11,6 Kiseonik 20,0 Sumpor 48,56-člani prsten 6,1 O2 u estrima 60,0 Fosfor 39,2Naftalinski prsten 12,2

8. ’<< Ekvivalenti parahora

9. Parahor Primeri: 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]exp(p-TN)=294,4 (C2H4O)3 – paraaldehid [P]teor=363,6 – linearna struktura [P]teor=294,0 –ciklična struktura [P]exp=298,7

10. Parahor • Primeri: • Koliki je parahor C2H6 ako je parahor: P(CH3Cl)=110, • P(CH4)=73 i P(HCl)=71. • 33 b) 110c) 112d) 114e) 254f) ne znam Rešenje Pošto je parahor aditivna veličina to možemo odrediti: PCH2=PCH3Cl-PHCl=110-71=39. Onda je: PC2H6=PCH4+PCH2=73+39=112

11. REFLEKSIJA Jednakost prelomnih uglova Prelomni ugao Upadni ugao mmmmm

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

13. 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.

14. RefrakcijaIndeks prelamanja

15. Opšti kurs fizičke hemije-II semestar • Indeks prelamanja • Indeks prelamanja, n- kvantitativno merilo prelamanja svetlosti pri prelasku iz jedne sredine u drugu-optička osobina karakteri-stična za svaku providnu,izotropnu supstanciju • Primena indeks prelamanja, n: • Identifikacija- u neorganskoj hemiji i analizi masti, ulja, šećera • Kvantitativno određivanje-merilo čistoće-produkti destilacije, industiraja hrane, biohemija • Određivanje strukture

16. Definicija indeksa prelamanja Možemo definisati indeks prelamanja kao: Apsolutni indeks prelamanja Većina sredina nisu magnetici i imaju magnetsku permeabilnost m=m0, kada je: karakteristika sredine  1 v1 v2 2 Relativni indeks prelamanja 

17. Snell-ijusov zakon 1621, holandski fizičar Willebrord Snell (1591-1626), je izveo odnos između uglova pod kojim svetlost prelazi iz jedne sredine u drugu: gde je: niindeks prelamanja sredine koju svetlost napušta, ije upadni ugao između upadnog zraka i normalu na graničnu površinu,nr je indeks prelamanja sredine u koju svetlost ulazi, rje prelomni ugao između prelomnog zraka i normale na graničnu površinu.

18. Zakon refrakcije sinq1=v1t/d (žuti trougao) sinq2=v2t/d (zeleni trougao) Geometrijsko izvođenje zakona refrakcije (Snell-ijusov zakon).

19. Zakon refrakcije relativni indeks prelamanja N1(vazduh)=1,00027 N2n21

20. 2 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 1,33 KI (č) 1,67 Aceton 1,36 Staklo 1,50-1,90 Voda (200C) Ugljentetrahlorid 1,47 Safir 1,77 Polistiren 1,55 Dijamant 2,42 Indeksi prelamanja za talasnu dužinu od 589 nm

21. Merenje indeksa prelamanja • Indeks prelamanja se meri: • refraktometrijski i • interferometrijski Refraktometrijsko merenje se zasniva na principu kritičnog ugla. Kritični ugaojeonaj prelomni ugao čiji je upadni ugao 900.Za sve upadne uglove veće od 900dolazi do totalne refleksije zračenja.

22. 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 42°

23. 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

24. Fiber-optic cable Svetlovodi • Totalna refleksija je osnov svetlovoda. Veoma značajno za moderni prenos podataka i komunikacione sisteme Totalna refleksija

25. Molarna refrakcija [(n1)/] [M(n1)/] • specifičnarefraktivnost (empirijski –za određenu tečnost i  nezavisno od temperature-za određivanje gustine tečnosti) • molarna refraktivnost (aditivna i konstitutivna velilina) • specifična refrakcija • molarna refrakcija (teorijski izvedena-aditivna i konstitutivna veličina-nezavisna od pritiska, temperature i agregatnog stanja)

26. Molarna refrakcija Prava molarna zapremina molekuli-provodne sfere ni-broj atoma nj-broj veza nk-broj prstenova

27. Molarna refrakcija Ekvivalenti refrakcije Strukturna određivanja

28. Ekvivalenti molarne refrakcije za natrijumovu D-liniju 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 E = Reksp Rizroptička anomalija E>0 optička egzaltacija E<0 optička depresija

29. Optička anomalija CH3-CH=CH-CH=CH-CH3 2,4 heksadien E=1,76 cm3mol-1 CH3-CH=CH-CH=CH-C2H5 2,4 heptadien E=1,96 cm3mol-1 -C=C-C=C-C=C- polienski lanac- najveća anomalija =C=C=C=C= kumulovane-najmanja anomalija benzen E=-0,16 alilbenzen E=-0,25 stiren E=1,27 butadien E=1,40 acetofen E=0,78 2-metil butadien E=1,04 Keto-enolna tautomerija Keto oblik [R]M=31,57cm3mol-1 Enolni oblik [R]M=32,62cm3mol-1

30. Kvantitativna određivanja refrakcija smeše

31. Disperzija • Indeks prelamanja zavisi od talasne dužine svetlosti • Ova zavisnostn odλse zovedisperzija, n=f(l) • Snell-ijusov zakon ukazuje da ugao refrakcije kada svetlost ulazi u datu sredinu zavisi od talasne dužine svetlosti

32. Promena indeksa prelamanja sa talasnom dužinom • Indeks prelamanja za različite sredine opada sa talasnom dužinom • Ljubičastasvetlost se prelama više od crvene kada iz vazduha ulazi u tu sredinu

33. Opšti kurs fizičke hemije-II semestar Indeks prelamanja Indeks prelamanja za dati medijum zavisi od dve promenjljive: • Indeks prelamanja (n) zavisi od talasne dužine ().Zraci različitih talasnih dužina se prelamaju u različitoj meri u istoj sredini proizvodeći tako različite indekse prelamanja. • Indeks prelamanja (n) zavisi od temperature.Ako se temperatura menja, menja se i gustina; stoga se menja brzina (). • 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.

34. Disperzija refrakcije

35. Eksperimentalni podaci za indeks prelamanja • Promena indeksa prelamanja optičkih materijala sa talasnom dužinom:

36. Indeks prelamanja različitih materijala-stakla n Mol % 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).

37. Promena indeksa prelamanja silikatnog stakla sa talasnom dužinom 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

38. Opšti kurs fizičke hemije 1.5500 1.5523 1.5550 1.5580 1.5600 Promena indeksa prelamanja sa temperaturom • Indeks prelamanja (ND) opadasa porastom temperature, t.j.brzina svetlosti u sredini raste kako gustina opada. • Merene vrednosti (ND) se obično izražavaju na 20oCZa temperaturu > 20oC (tje pozitivno), tj., dodaje se korekcioni faktorZa temperaturu < 20oC (tje negativno), tj., oduzima sekorekcioni faktor • Korekcioni faktor = t * 0.00045 = (Temp – 20) * 0.00045 • Primenjuje se sledeća jednačina za korekciju temperature: ND20 = ND Temp + (Temp – 20) * 0.00045 Pr: Za izmerenu vrednost od 1,5523 na 16oC, korekcija je: ND20 = 1.5523 + (16 – 20) * 0.00045 = 1.5523 + (-4) * 0.00045 • Tipične vrednosti za organske tečnosti su : 1.3400 - 1.5600