Исследование взаимосвязи показателя преломления и термодинамических свойств органических жидкостей в рамках дырочной теории и кластерной модели

• Автор: Полянский, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМАХ ПОЛЯРИЗУЕМОСТИ

1.1. Классические теории поляризуемости

1.2. Квантовый подход к расчету поляризуемости молекул

1.3. Теория эффективной поляризуемости Френкеля- Губанова

1.4. Аддитивная теория поляризуемости

ГЛАВА 2. ВЫБОР ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ МОЛЕКУЛЯРНОЕ СТРОЕНИЕ

2.1. Линейные углеводороды (н- апканы и н-спирты)

2.2. Циклические углеводороды

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ. АНАЛИЗ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИССЛЕДОВАННЫХ ЖИДКОСТЕЙ
3.1. Показатель преломления
3.2. Оценка погрешностей измерений показателя преломления. Результаты измерений
3.3.1. Скорость ультразвуковых волн
3.3.2. Плотность и тепловое расширение жидкостей
3.3.3. Изобарная теплоемкость жидкостей
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ В РАМКАХ ДЫРОЧНОЙ ТЕОРИИ И КЛАСТЕРНОЙ МОДЕЛИ
4.1. Параметры ближнего порядка в жидкостях в рамках дырочной теории
4.2. Расчет поляризуемост и и показателя преломления молекул в рамках дырочной теории
4.3. Расчет эффективной поляризуемости и показателя преломления в жидкостях
в рамках кластерной модели
4.3 Сравнительный анализ результатов расчета показателя преломления в рамках различных моделей
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Органические жидкости нашли широкое применение в народном хозяйстве. Имеется необходимость в получении новых жидкостей, обладающих уникальными заданными свойствами. Для разработки новых эффективных технологических процессов синтеза жидкостей с заданными свойствами необходимо знание широкого круга их термодинамических, структурных и оптических свойств в зависимости от параметров состояния.
Значительный научный и практический интерес представляют всесторонние исследования подобных по структуре органических жидкостей, отличающихся величиной и природой межмолекулярпых сил (н-алканы, н-спирты и циклические углеводороды и др.), что позволяет выявить влияние структурных особенностей строения молекул жидкостей на термодинамические и оптические свойства жидкостей, и создает предпосылки для разработки физически обоснованных моделей для прогнозирования этих свойств в зависимости от температуры и плотности. Оптические параметры, в частности показатель преломления, несут важную информацию о составе, строении молекул и свойствах образованных на их основе жидкостей.
Существенный вклад в теоретические и экспериментальные исследования оптических процессов в жидкостях внесли известные ученые: H.A. Lo-rentz [1], L. Onsager [2], C.J.F. ßötther |3], Я.И. Френкель, А.И. Губанов [4], Б.В. Иоффе [5], В.П. Фронгасьев, JT.C. Шрайбер [6], О.Г. Боков, Н.К.Сидоров [7]. В теоретическом плане изучение взаимосвязи оптических, микрострук-турных и термодинамических свойств вещества сводится к построению определенной модели эффективного электрического поля, действующего на молекулу в среде, и исследованию зависимости поляризуемости молекул от свойств эффективного поля и параметров состояния вещества. Поляризуемость молекул позволяет установить связь с показателем преломления, который характеризует свойства среды в целом. Одним из эффективных и оперативных методов измерения показателя преломления является рефрактометрический метод, который получил широкое практическое применение

в различных отраслях промышленности для проведения количественного, структурного анализа и идентификации химических соединений.
Цель диссертационного исследовании
На основе экспериментальных измерений показателя преломления жидкостей разработать методы расчета его температурной зависимости в широком интервале температур в рамках дырочной теории и кластерной модели.
Задачи исследования
- создание экспериментальной установки для изучения зависимости показателя преломления жидкостей от температуры;
- формирование массива данных о термодинамических и оптических свойствах исследуемых жидкостей (н-алканы, н-спирты и циклические углеводороды) для широкой области температур по результатам экспериментальных измерений, необходимых для проведения теоретических расчетов;
- формирование таблиц данных по микроструктурным характеристикам исследуемых жидкостей, рассчитанных на основе дырочной теории и кластерной модели;
- исследование зависимости эффективной поляризуемости и куба он-сагеровского радиуса от температуры и свободного объема для жидкостей различной молекулярной структуры;
- изучение взаимосвязи термодинамических, включая упругие, свойств органических жидкостей с их структурными и оптическими свойствами на основе дырочной и кластерной моделей;
- анализ полученных результатов расчета показателя преломления в рамках дырочной теории и кластерной модели в сравнении с экспериментальными данными.
Предмет и объект исследований. Объектом исследований являются органические жидкости: н-алканы, н-спирты и циклические углеводороды. Предметом исследования - показатель преломления в зависимости от термодинамических и структурных свойств жидкостей.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ. АНАЛИЗ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИССЛЕДОВАННЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Для решения поставленных в работе задач необходимы достоверные экспериментальные данные о широком круге свойств исследуемых жидкостей. Отсутствие таких данных в научной и справочной литературе привело к необходимости анализа и систематизации имеющихся литературных данных об оптических, термодинамических и других свойствах исследуемых жидкостей и проведения собственных измерений, в частности, показателя преломления исследуемых жидкостей.
Для измерений показателя преломления жидкостей была использована рефрактометрическая установка, основой которой являлся рефрактометр типа Пульфриха ИРФ-23 [5, 46-47], с помощью которого можно измерять показатель преломления в пределах 1,20-2,10 [48]. На рис.3.1 показан общий вид рефрактометра ИРФ-23.

Рис. 3.1. Общий вид рефрактометра ИРФ-
Свет от источника, дающего интенсивное когерентное излучение с длиной волны Я = 623,8нш (Не-Не лазер ЛГИ-201), с помощью осветительной системы 4 направлялся вдоль горизонтальной грани измерительной
3.1. Показатель преломлении
1 - зрительная труба;
2- измерительная призма;
3- отсчетное устройство;
4- осветительная система;
5- микрометрический винт;
6- винт для грубого поворота зрительной трубы.