Коэффициент преломления (рефракции)
Лучепреломление или рефракция - явление изменения направления и скорости световых лучей при переходе из одной среды в другую.
Если луч попадает из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, то он приближается к перпендикуляру, восстановленному в точке перехода. Если же, наоборот, луч попадает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то он удаляется от этого перпендикуляра. С изменением угла падения меняется угол преломления, но отношение величин этих углов для одной и той же среды остается постоянным:
Это отношение называется коэффициентом, или показателем преломления.
Показатель преломления нефтепродуктов
Для нефтепродуктов показатель преломления определяют при прохождении светового луча из воздуха в нефтепродукт, поэтому он всегда выше единицы.
Между коэффициентом преломления и плотностью для различных гомологов одного и того же ряда существует линейная зависимость. Показатель преломления (так же, как и плотность) углеводородных молекул тем меньше, чем больше в них относительное содержание водорода. При одинаковом содержании углеродных и водородных атомов в молекуле показатель преломления и плотность циклических углеводородов будут выше, чем алифатических.
Показатель преломления уменьшается в ряду: бензол >>> гексен >>> гексан.
В общем случае наибольшими плотностью и коэффициентом преломления обладают ароматические углеводороды, а наименьшим - метановые. Нафтены занимают промежуточное положение.
Закономерности, характерные для индивидуальных углеводородов, наблюдаются также и для нефтяных фракций, т. е. чем выше температура кипения фракции, тем выше ее плотность и коэффициент преломления.
Зависимость преломления от молекулярной массы
Для разных углеводородов наблюдается разная степень зависимости показателя преломления от молекулярной массы., которая в большей степени проявляется для парафиновых углеводородов.
По показателю преломления приближенно можно судить о групповом углеводородном составе нефтепродуктов, а в сочетании с плотностью и молекулярной массой рассчитать структурно-групповой состав нефтяных фракций.
Зависимость преломления от температуры
Показатель преломления с повышением температуры уменьшается, причем для масел, парафина и церезина это снижение составляет 0,0004 на каждый градус разности температур.
Пересчет показателя преломления с одной температуры на другую осуществляется по формуле:
Аддитивность показателя преломления
Показатель преломления смеси углеводородов nсм является аддитивной функцией ее состава, выраженного в объемных процентах:
Аддитивность свойств широко используется при анализе нефтепродуктов. Примером может служить метод определения относительного содержания ароматических углеводородов в узких фракциях бензина. Для этого находят показатели преломления узкой нефтяной фракции n1 и после удаления из нее ароматических углеводородов - n2. По известному приращению коэффициента преломления нефтяной фракции b от прибавления к ней 1% ароматических углеводородов вычисляют содержание ароматических углеводородов А по формуле:
Дисперсия (рассеянность) света
Наибольшая величина показателя преломления характерна для лучей с наименьшей длиной волны, а наименьшая - для лучей с наибольшей длиной волны. На этом различии в преломлении лучей, имеющих неодинаковую длину волны, основано явление дисперсии (рассеяния) света. Дисперсия, характерная для данного вещества, определяется разностью показателей преломления двух лучей с определенной длиной волны.
Отношение дисперсии нефтепродукта к его плотности представляет собой удельную дисперсию:
Удельная дисперсия нефтепродуктов отражает зависимость между их химическим составом и показателями преломления. Установлено, что удельная дисперсия насыщенных углеводородов (парафиновых и нафтеновых) колеблется в пределах 149-158, ароматических - в пределах 300-500. Этим различием широко пользуются в химии нефти для определения группового состава нефтяных фракций.
Удельная рефракция
Показателем, связывающим коэффициент преломления с плотностью ρ исследуемого нефтепродукта, является удельная рефракция R.
Удельной рефракцией пользуются при определении структурно-группового углеводородного состава масел. Удельная рефракция положена в основу так называемого метода «кольцевого анализа» нефтяных фракций, разработанного Флюгтером и Ватерманом.
При сравнении удельной рефракции углеводородов различных рядов видно, что для нафтеновых углеводородов она меньше, чем для парафиновых. Самой высокой удельной рефракцией обладают ароматические углеводороды. Удельная рефракция смесей представляет собой среднеарифметическую величину из удельных рефракций составляющих смесь компонентов. Умножая удельную рефракцию на молекулярную массу, получают мольную рефракцию:
Мольная рефракция показывает хорошую аддитивность для смесей индивидуальных углеводородов, а в сочетании с такими характеристиками, как парахор, данные спектрального анализа, она дает возможность более глубоко подойти к изучению углеводородного состава нефтяных фракций и строения отдельных индивидуальных соединений нефти.
Оптическая активность
Оптическая активность - это свойство нефтепродуктов поворачивать вокруг оси (вращать) плоскость луча поляризованного света (главным образом вправо). Измерение угла вращения проводят с помощью поляриметров. Природа этого явления ясна не до конца, однако многие исследователи считают, что оно связано с присутствием в нефтях полициклических нафтенов и аренов. По убыванию оптической активности углеводороды располагаются в ряд: полициклические циклоалканы, циклоалканоарены, полициклические арены, моноциклические арены, алканы.
Если статья была вам интересной и полезной, ставьте лайк, а если хотите ежедневно получать новые статьи и узнавать больше о нефтепереработке, то подписывайтесь на канал.
