IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Объектами исследований послужили жидкий диметилсульфоксид  (ДМСО), широко используемый в фармацевтической промышленности, и его водные растворы.

Фотоэлектрическим методом на длине волны  нами произведены измерения степени деполяризации  и относительного коэффициента рассеяния света  в разбавленных растворах  (1)-  (2), содержащих  мольных долей диметилсульфоксида в воде в температурном интервале 20-80  (значок «V» означает, что возбуждающий свет поляризован в вертикальной плоскости). Рассеянный свет наблюдался под углом 90⁰ к направлению падающего излучения.

Экспериментальная установка и методика измерений  и  описаны в работе [1]. Результаты измерений относительного коэффициента рассеяния  и степени деполяризации  света, рассеянного разбавленными растворами  (1) -  (2), представлены в таблице 1.

Таблица 1.Результаты измерений относительного коэффициента рассеяния  и степень деполяризации  света, рассеянного разбавленными растворами  (1) -  (2)

х2, м.д.
	20	40	60	80	20	40	60	80
0	6,0	5,7	5,3	4,1	0,135	0,134	0,164	0,206
0,027	6,7	3,8	1,9	2,0	0,955	0,724	0,575	0,551
0,05	0,75	0,48	0,33	0,35	4,892	4,745	4,187	3,435
0,07	2,95	2,9	2,6	3,15	0,726	0,638	0,495	0,408
0,087	1,28	1,28	1,48	2,07	1,995	1,709	1,412	0,993
1,0	8,2	7,5	7,0	6,44	0,436	0,448	0,451	0,459

С доверительной вероятностью 95% средняя случайная относительная погрешность измерений коэффициента рассеяния  составила в зависимости от концентрации исследуемого раствора 0,5-1%, для степени деполяризации  - от 2 до 4%.

Коэффициент рассеяния Релея  в общем случае состоит из трех независимых частей: коэффициента рассеяния света на флуктуациях плотности  , коэффициента рассеяния света на флуктуациях концентрации  и коэффициента рассеяния света на анизотропных флуктуациях . Таким образом, в случае бинарного раствора коэффициент суммарного рассеяния и степень деполяризации рассеянного света определяется выражениями:

 Соотношения (1) - (6) позволяют рассчитать анизотропную  составляющую релеевского рассеяния света на основе экспериментальных значений :

Согласно теории релеевского рассеяния света в жидкостях [2-4] абсолютный коэффициент интегрального рассеяния поляризованного света (  ) на анизотропных флуктуациях в растворах определяется уравнением

где  - показатель преломления на красной линии ( ),  - плотность раствора,  - молярная масса -го компонента раствора,  - его молярная доля,  - число Авогадро,  - средняя статистическая анизотропия тензора поляризуемости молекул раствора.

Результаты расчета по формуле (7) относительных коэффициентов рассеяния  для разбавленных растворов вода (1) - ДМСО (2) приведены в таблице 2. В этой же таблице представлены также значения величины  , вычисленные по формуле (8).

Таблица 2. Относительный коэффициент рассеяния света на анизотропных флуктуациях  и средняя статистическая анизотропия  тензора поляризуемости молекул разбавленных растворов вода (1) - ДМСО (2).

х2, м.д.					,
	20	40	60	80	20	40	60	80
0	0,018	0,017	0,019	0,019	0,17	0,16	0,19	0,19
0,027	0,139	0,062	0,025	0,025	1,34	0,61	0,25	0,25
0,05	0,085	0,053	0,032	0,028	0,85	0,54	0,32	0,30
0,07	0,048	0,041	0,029	0,029	0,49	0,43	0,31	0,31
0,087	0,059	0,050	0,048	0,047	0,61	0,52	0,51	0,52
1,0	0,077	0,073	0,069	0,0648	1,85	1,84	1,82	1,79

Так как, компоненты тензора поляризуемости молекул воды очень малы [5], то экстраполяцией  к нулевому разбавлению можно получить анизотропию мономерной молекулы растворенного вещества:

Значение производной  в уравнении (9) можно найти методом графического дифференцирования функции  или методом наименьших квадратов.

Результаты вычислений методом наименьших квадратов анизотропии  тензора поляризуемости мономерных молекул ДМСО по данным о средней статистической анизотропии  тензора поляризуемости молекул разбавленных растворов вода (1) - ДМСО (2) приведены в таблице 3.

Таблица 3. Расчет анизотропии  тензора поляризуемости мономерной молекулы ДМСО по данным РРС в разбавленных растворах вода (1) - ДМСО (2) при 20 .

, м.д.	,	,
0	0,17	3,5  0,28
0,027	1,34
0,05	0,85
0,07	0,49

Молекула диметилсульфоксида имеет пирамидальную структуру [6]. Параметры молекулы ДМСО определялись различными методами. Полученные параметры и структура молекулы ДМСО приведена на рисунке 1.Рисунок приведен из работы [6]. На рисунке указаны длины связей и углы между ними.

Рассчитаем главные поляризуемости молекулы ДМСО с помощью валентно-оптической схемы [7, 8]. Исходя из структуры молекулы ДМСО изображенной на рисунке 1, три составляющие тензора поляризуемости молекулы определяются выражениями

Приведем все необходимые данные

поляризуемость группы  взята из [7]: , ; поляризуемости связи  взяты из [7]: , ; угол  (см. рисунок 1). Поляризуемости связи  были рассчитаны по молекуле сернистого ангидрида [8]:  , . Подставляя найденные поляризуемости связи ,  и группы  в формулы (10)-(12), получим  и . Средняя поляризуемость и анизотропия тензора поляризуемости молекулы ДМСО будут равны:  , ,   .

Теоретически рассчитанное значение анизотропии тензора поляризуемости молекулы ДМСО  хорошо согласуется с экспериментальным значением , полученным по данным релеевского рассеяния света в разбавленных растворах вода (1) - ДМСО (2).

Литература

1. Косов В.И. Экспериментальная установка для исследования интегрального релеевского рассеяния света в жидких средах / Косов В.И., Тунин М.С. и др. - Изд. вузов СССР, Физика, 1982, №1, с.127.
2. Шахпаронов М.И. Механизмы быстрых процессов в жидкостях. -М.: Высшая школа,1980.- 352с.
3. Шахпаронов М.И. В сб.: Современные проблемы физической химии. -М.: Изд. МГУ, 1970, т.5, с. 36-37.
4. Шахпаронов М.И. Теория рассеяния света флуктуациями ориентации молекул в жидких системах. Вести МГУ. Химия, 1969, №3, с. 3-16.
5. Балашова С.И., Ланшина Л.В., Шахпаронов М.И. Вести. МГУ, Химия, с.13, 167, 1972.
6. Martin D., Hauthal H.Y., Dumetylsulroxid, Academic - Verlag Berlin, 1971.
7. Вукс М.Ф. Рассеяние света в газах, жидкостях и растворах. - Л: Изд.-во ЛГУ, 1977. - 320 с.
8. Верещагин А.Н. Поляризуемость молекул. М.: Наука, 1980. - 177с.

Код для цитирования: Скопировать