稀溶液法測定偶極矩實驗報告

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1、.稀溶液法測定偶極矩【實驗目的】(1)掌握溶液法測定偶極矩的主要實驗技術(shù)。(2)了解偶極矩與分子電性質(zhì)的關(guān)系。(3)測定正丁醇的偶極矩?！緦嶒炘怼开?1)偶極矩與極化度分子結(jié)構(gòu)可以近似地看成是由電子云和分子骨架(原子核及內(nèi)層電子)所構(gòu)成。由于空間構(gòu)型的不同，其正負電荷中心可以是重合的，也可以不重合。前者稱為非極性分子，后者稱為極性分子。圖1電偶極矩示意圖圖2極性分子在電場作用下的定向1912年德拜提出“偶極矩”的概念來度量分子極性的大小，如圖1所示，其定義是①式中，q是正負電荷中心所帶的電

2、量；d為正負電荷中心之間的距離；是一個向量，其方向規(guī)定為從正到負。因分子中原子間的距離的數(shù)量級為10-10m，電荷的數(shù)量級為10-20C，所以偶極矩的數(shù)量級是10-30C·m。通過偶極矩的測定，可以了解分子結(jié)構(gòu)中有關(guān)電子云的分布和分子的對稱性，可以用來鑒別幾何異構(gòu)體和分子的立體結(jié)構(gòu)等。極性分子具有永久偶極矩，但由于分子的熱運動，偶極矩指向某個方向的機會均等。所以偶極矩的統(tǒng)計值等于零。若將極性分子置于均勻的電場E中，則偶極矩在電場的作用下，如圖2所示趨向電場方向排列。這時我們稱這些分子被極化了。

3、極化的程度可用摩爾轉(zhuǎn)向極化度Pμ來衡量。Pμ與永久偶極矩的μ的平方成正比，與絕對溫度T成反比。......②式中：k為玻茲曼常數(shù)，A為阿伏加德羅常數(shù)。在外電場作用下，不論極性分子或非極性分子，都會發(fā)生電子云對分子骨架的相對移動，分子骨架也會發(fā)生形變。這稱為誘導極化或變形極化。用摩爾誘導極化度P誘導來衡量。顯然P誘導可分為二項，即電子極化度Pe和原子極化度Pa，因此P誘導=Pe+Pa如果外電場是交變場，極性分子的極化情況則與交變場的頻率有關(guān)。當處于頻率小于1010HZ的低頻電場或靜電場中，極性分

4、子所產(chǎn)生的摩爾極化度P是轉(zhuǎn)向極化、電子極化和原子極化的總和。P=Pμ+Pe+Pa如何從測得的摩爾極化度P中分別出Pμ的貢獻呢？介電常數(shù)實際上是在107HZ以下的頻率測定的，測得的極化度為Pμ+Pe+Pa。若把頻率提高到紅外范圍（約1011～1014HZ），分子已經(jīng)來不及轉(zhuǎn)向，此時測得的極化度只有Pe和Pa的貢獻了。所以從按介電常數(shù)計算的P中減去紅外線頻率范圍測得的極化，就等于Pμ，在實驗上，若把頻率提高到可見光范圍，則原子極化也可以忽略，則在可見光范圍：Pμ=P-(Pe+Pa)≈P-Pe（2）摩爾

5、極化度的計算克勞休斯、莫索和德拜從電磁場理論得到了摩爾極化度P與介電常數(shù)ε之間的關(guān)系式。③式中，M為被測物質(zhì)的摩爾質(zhì)量；ρ為該物質(zhì)的密度；ε是介電常數(shù)。但式③是假定分子與分子間沒有相互作用而推導得到的。所以它只適用于溫度不大低的氣相體系，對某種物質(zhì)甚至根本無法獲得氣相狀態(tài)。因此后來就提出了用一種溶液來解決這一困難。溶液法的基本想法是，在無限稀釋的非極性溶液中，溶質(zhì)分子所處的狀態(tài)和氣相時相近，于是無限稀釋溶液中的溶質(zhì)的摩爾極化度就可以看作是式③中的P。......在稀溶液中，若不考慮極性分子間相互作

6、用和溶劑化現(xiàn)象，溶劑和溶質(zhì)的摩爾極化度等物理量可以被認為是具有可加性。因此，式③可以寫成：④式中，下標1表示溶劑；下標2表示溶質(zhì)；x1表示溶劑的摩爾分數(shù)；x2表示溶質(zhì)的摩爾分數(shù)；表示溶劑的摩爾極化度；表示溶質(zhì)的摩爾極化度。對于稀溶液，可以假設溶液中溶劑的性質(zhì)與純?nèi)軇┫嗤?，則⑤⑥Hedestrand首先推導出經(jīng)驗公式，指出在稀溶液中溶液的介電常數(shù)和密度可以表示為⑦⑧因此⑨做ε1，2-x2圖，根據(jù)式④由直線測得斜率a，截距ε1；作ρ1,2-x2圖，并根據(jù)式⑧由直線測得斜率b，截距ρ1，代入式⑨得（3）

7、由折光度計算電子極化度Pe電子極化度可以使用摩爾折光度R代替，即......式中，n為物質(zhì)的折射率；M為物質(zhì)的摩爾質(zhì)量；ρ為密度。同樣在稀溶液中：n1,2=n1+cx2則⑩根據(jù)測量的溶液折射率n1,2作圖n1.2-x2，由斜率求出c，就可以按照式⑩計算出Pe。（4）介電常數(shù)的測定介電常數(shù)是通過測定電容計算而得的。如果在電容器的兩個板間充以某種電解質(zhì)，電容器的電容量就會增大。如果維持極板上的電荷量不變，那么充電解質(zhì)的電容器兩板間電勢差就會減少。設C0為極板間處于真空時的電容量，C為充以電解質(zhì)時的電容

8、量，則C與C0的比值ε稱為該電解質(zhì)的介電常數(shù)：ε=?法拉第在1837年就解釋了這一現(xiàn)象，認為這是由于電解質(zhì)在電場中極化而引起的。極化作用形成一個反向電場，因而抵消了一部分外加電場。測定電容的方法一般有電橋法、拍頻法和諧振法，后兩者為測定介電常數(shù)所常用，抗干擾性能好，精度高，但儀器價格昂貴。本實驗中采用電橋法。實際所測得的電容C'樣品包括了樣品的電容C樣品和電容池的分布電容Cx兩部分，即C'樣品=C樣品+Cx?對于給定的電容池，必須先測出其分布電容Cx?？梢韵葴y出以空氣為介質(zhì)的電容，