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)