Определение молекулярной рефракции органических соединений

Молекулярная рефракция (МR) является физической константой, характеризующей поляризуемость молекулы, под которой понимают способность ее к поляризации, т. е. к изменению состояния электронного облака под действием внешнего электрического поля. В электромагнитном поле видимого света поляризуемость молекул практически целиком обусловлена смещением электронов и равна сумме эффектов смещений отдельных электронов. Последнее обстоятельство придает МR химических соединений характер аддитивной константы. Она может быть рассчитана теоретически как сумма рефракций отдельных атомов, входящих в состав молекулы с учетом добавок (инкрементов), учитывающих наличие и количество кратных связей:

MR_теор. = ­­­­­­­­ Σ AR_ат. + Σ ink. ,

где AR_ат. – атомная рефракция одного атома;

ink. – инкремент одной связи.

Величины АR для отдельных атомов и инкременты кратных связей известны и приведены в большинстве соответствующих пособий и справочников
(таблица 1). Зная предположительную структурную формулу соединения, можно рассчитать для него МR_теор. как сумму АR_ат.

Например, для изопропилбензола (кумола) MR_теор. равна:

MR_теор. = AR_C · 9 + AR_H · 12 + ink_{дв. св.} · 3

Подставляя соответствующие значения AR и ink (таблица 1), получаем:

MR_теор. = 2,418 ∙ 9 + 1,100 ∙ 12 + 1,733 ∙ 3 = 40,161

Таблица 1 – Атомные рефракции отдельных атомов и инкременты

С другой стороны, MR можно определить экспериментально по полуэмпирическому уравнению Лорентц-Лоренца:

,

где n – показатель преломления вещества или раствора;

М – молекулярная масса вещества;

D – удельная масса вещества (плотность).

Таким образом, определив экспериментально три неизвестных (n, M и D) в уравнении Лорентц-Лоренца, мы можем рассчитать экспериментальное значение MR, а затем сравнить его с расчетным значением, рассчитанным по предполагаемой формуле.