溶液法測定極性分子的偶極矩.ppt

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1、溶液法測定極性分子的偶極矩——DipoleMomentofaPolarMolecule化學系基礎實驗中心目的要求實驗原理實驗儀器實驗步驟注意事項數據處理實驗成敗的關鍵實驗討論思考題一目的要求了解偶極矩與分子電性質的關系掌握溶液法測定偶極矩的實驗技術用溶液法測定乙酸乙酯的偶極矩二實驗原理偶極矩與極化度1912年Debye提出“偶極矩”μ的概念來度量分子極性的大小，其定義是：μ=q·d（1）式中q為正、負電荷中心所帶的電荷量；d為正、負電荷中心間的距離；μ是一個矢量，其方向規(guī)定為從正到負，數量級為10-30C·m。μd極性分子具有永久偶極矩

2、，在沒有外電場存在時，其偶極矩的統(tǒng)計值為零。若將極性分子置于均勻的電場中，則偶極矩在電場的作用下會趨向電場方向排列。這是我們稱這些分子被極化了，極化的程度可用摩爾轉向極化度（P轉向）來衡量。（2）二實驗原理當處于頻率小于1010s-1的低頻電場或靜電場中，極性分子所產生的摩爾極化度P是轉向極化、電子極化和原子極化的總和。當頻率增加到1012～1014s-1的中頻(紅外頻率)時，此時極性分子的摩爾極化度等于摩爾誘導極化度P誘導。當交變電場的頻率進一步增加到大于1015s-1的高頻(可見光和紫外頻率)時，極性分子的摩爾極化度等于電子極化度P

3、電子。（3）二實驗原理原則上只要在低頻電場下測得極性分子的摩爾極化度P，在紅外頻率下測得極性分子的摩爾誘導極化度P誘導，兩者相減得到極性分子摩爾轉向極化度P轉向，然后代入(2)式就可算出極性分子的永久偶極矩來。二實驗原理二實驗原理乙酸乙酯-四氯化碳溶液無限稀釋溶液的介電常數和溶液的密度求P2∞在可見光下測定溶液的R2∞本實驗然后由(10)式計算乙酸乙酯的偶極矩。二實驗原理式中，ε1、ρ1、M1分別是溶劑的介電常數、密度和摩爾質量；M2、x2為溶質的摩爾質量和摩爾分數；α和β為常數，可通過稀溶液的近似公式求得：極化度的測定無限稀時，溶質

4、的摩爾極化度P2∞的公式為ε溶＝ε1(1＋αx2)（5）ρ溶＝ρ1(1＋βx2)（6）式中，ε溶和ρ溶分別是溶液的介電常數和密度；x2是溶質的摩爾分數。無限稀釋時，溶質的摩爾折射度R2∞的公式為二實驗原理式中，n1為溶劑的折射率；γ為常數，可由稀溶液的近似公式求得：n溶＝n1(1＋γx2)（8）式中，n溶是溶液的折射率。二實驗原理偶極矩的測定考慮到原子極化度通常只有電子極化度的5%～15%，而且P轉向又比P電子大得多，故常常忽視原子極化度。分子的永久偶極矩可用下面簡化式計算二實驗原理介電常數的測定介電常數是通過測量電容計算得到的。本實驗

5、采用電橋法測量電容。測量物質的介電常數ε與電容的關系為：式中C0，ε0分別為真空時的電容和電容率；Cx，εx分別為充滿某物質時的電容和電容率。二實驗原理電容池插在小電容測量儀的插孔上呈現的電容Cx可看作電容池兩電極間的電容Cc和整個測試系統(tǒng)中的分布電容Cd并聯所構成，即Cx=Cc+Cd。Cd對同一臺儀器而言是一個恒定值，稱為儀器的本底值，需先求出儀器的Cd，并在各次測量中予以扣除。二實驗原理PCM-1A型精密電容測量儀阿貝折光儀電吹風比重管三、實驗儀器四、實驗步驟折射率的測定用阿貝折光儀測定四氯化碳及各配制溶液的折光率，注意測定時各樣品

6、需加樣3次，每次讀取三個數據。介電常數的測定將電容測量儀通電，預熱10min。(2)將電容儀與電容池，調節(jié)零電位器使數字表頭指示為零。然后測定C′空值。(3)移取1mL四氯化碳加入到電容池中，數字表頭上所示值即為C′標(4)用冷風將樣品室吹干后再測C′空值，與前面所測的C′空值應小于0.05pF。然后裝入溶液，同樣方法測定六份溶液的C′溶。四、實驗步驟五、注意事項?每次測定前要用冷風將電容池吹干，并重測C′空，與原來的C′空值相差應小于0.01pF。嚴禁用熱風吹樣品室。?測C′溶時，操作應迅速，池蓋要蓋緊，防止樣品揮發(fā)和吸收空氣中極性較

7、大的水汽。裝樣品的滴瓶也要隨時蓋嚴。?每次裝入量嚴格相同，樣品過多會腐蝕密封材料滲入恒溫腔，實驗無法正常進行。五、注意事項?要反復練習差動電容器旋鈕、靈敏度旋鈕和損耗旋鈕的配合使用和調節(jié)，在能夠正確尋找電橋平衡位置后，再開始測定樣品的電容。?注意不要用力扭曲電容儀連接電容池的電纜線，以免損壞。計算不同溶液的實際濃度x2。計算C0、Cd和各溶液的Cx值，求出各溶液的介電常數ε溶，作ε溶～x2圖，由直線斜率求算α值。計算純四氯化碳和各溶液的密度ρ，作ρ～x2圖，由直線斜率求算β值。作n溶～x2圖，由直線斜率求算γ值。將ρ2、ε1、α和β值代

8、入（4）式，計算P2∞。將ρ1、n1、β和γ值代入（7）式，計算R2∞。將P2∞、R2∞值代入（10）式，計算乙酸乙酯的偶極矩μ值。六、數據處理七、實驗成敗的關鍵要準確配制溶液，要嚴格測定溶液的密度，根據溶