偶极矩的测定

2020年6月16日评定室温：25C大气压：101kpa一、实验名称：偶极矩的测定二、实验目的.用溶液法测定正丁醇的偶极矩.了解偶极矩与分子电性质的关系.掌握溶液法测定偶极矩的实验技术三、实验原理1、偶极矩与极化度分子结构中电子云分布造成正负电荷中心可能重合，也可能不重合，分别称为极性分了和非极性分子。德拜提出以偶极矩u来衡量分子极性的大小，偶极矩的大小为正负电荷所带电荷量与正负电荷中心距离的乘积，它的大小反映了分子结构中电子云的分布和分子对称性等情况，还可以用它来判断几何呆构体和分子的立体结构。如反式结构对称性比顺式结构的对称性来得大，偶极矩就比较小。极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩的统计值等于零，如将极性分子置于均匀电场中，则偶极矩在电场的作用下趋向于电场方向排列，称分了被极化，极化程度用摩分转向极化度P转向来衡量。它的大小与永久偶极矩的平方成正比，与热力学温度成反比：L为阿伏伽德罗常数,k为玻兹曼常数。在外电场作用下，分子中的电子云会发生相对移动，分了骨架也会变形，这种情况称为诱导极化或变形极化。用摩尔诱导极化度P诱导来衡量。它分为电子极化度和原子极化度两部分，大小与外电场强度成正比，而与温度无关。P诱导=P电子+P原子对于交变电场，分子极化情况与交变电场的频率有关，在频率较低时，极性分子的摩尔极化度为转向极化度、电子极化度、取极化度的总和。P=P转向+P电子+P原子当交变电场频率达到1012-1014s-1（红外线频率）时，极性分子来不及沿电场定向，则P转向=0此时摩尔极化度等于摩尔诱导极化度，当交变电场频率达到1015s1（可见、紫外光频率）时外子的转向和外子骨架变形都跟不上电场的变化，此时的摩尔极化度等于电子极化度，测定出程性分子的摩尔极化度，再测出它的诱导极化度，相减后得到转向极化度，就可以求由分子的偶格矩了2、极度化的测定摩尔极度化与介电常数有关但这个关系式是假定分子间无相互作用时推导而得的，必须使物质处于气相才能适用，而这是比较困难的。为此，提出了溶液法，是在无限稀释的非极性溶剂溶液

中,溶质分子处于类似于在气相中的状态，因此,无限稀释游液中的溶质的摩尔极化度可看成是上式中的P。在稀溶液中：由此可推出无限稀释时游质摩尔极化度的公式：在红外频率条件下可测量诱导极化度，但实验条件不太容易做到，可以在高频电场下测定极性分子的电子极化度而忽略原了极化度。根据光电理论，同频率高额电场作用下，透明物质的介电常数等于折光率的平方，即。因此，如果用摩尔折射度R来表示高频区测科的极化度，则：在稀济液中，游液的折光半与辨质的摩尔分数有关，可以推得无限稀释时溶质的摩尔折射度公式为3、偶极矩的测定考虑到原子极化度只有电子极化度的5%-10%而转向极化度比电子极化度大许多，因此常忽略原子极化度。P转^=P-Pw由此可求偶极矩，此式把物质的微观性质偶极矩与它的宏观性质介电常数、密度、折光率联系起来。进一步简化后，可用下武计算偶极矩：这种测定方法称为溶液法由于极性溶质分子与非极性游剂分子之间的相互作用,所测得的值与实际值有定的偏差，称为溶剂效应。4、介电常数的测定在平板电容器两极板之间加入一定的介质，则电容量会发生变化，这种变化的原因是介质分子在电场中定向排列（极化）而使得两端加的电压与存储的电荷之间的关系发生变化，本次实验是通过测定电容池中充以空气状态和充以样品状态的电容值来计算样品的介电常数，对电容池和测试系统来说，有一个本底值与测定值相并联，在测定时要加以扣除：此处的用标准物质进行测试，从而求得本底值。本实验是将正丁醇溶于非极性的环己烷中形成稀溶液，然后在低频电场中测量溶液的介电常数和溶液的密度求得P2,在可见光下测定溶液的R2,然后由0.0128JPRT计算正丁醇的偶极矩。P2和R2分别表示无限稀释的极性分子的摩尔极化度和摩尔折射率。极化度的测定：无限稀释时，溶质的摩尔极化度的公式为，P2limP2=^-^yM1」M一山式中，i是溶剂的介电常数，可通过1+2ii2i稀溶液的近似公式求得：溶=i1+2；无限稀释时，溶质的摩尔折射度22一niiM2Mi6n〔MiR2limR20一式中，n1为浴剂的折射率，ni2in2i2in溶=n11分别根据作图求出。四、实验数据及处理：1.以各溶液的折光率n溶对X2作图，由直线斜率求出丫值表1正丁醇一环己烷溶液的折光率nD环己烷0.050.010.150.200.30第一次1.42471.42371.41981.41711.41431.4077第二次1.42511.42301.42061.41741.41381.4080第三次1.42491.42361.42011.41701.41451.4076平均值1.42491.42341.42021.41721.41421.4078附图产一0.0585/1.4257=-0.041082.计算出环己烷及各溶液的密度p作p—X2图，由直线斜率求出B值环己烷0.050.010.150.200.30空瓶/g4.96684.96684.96684.96684.96684.9668空瓶+样品/g8.86578.84798.87108.89438.91738.9669样品/g3.89893.88113.90423.92753.95054.0001体积/cm35.05.05.05.05.05.0密度/(g/cm3)0.77980.77620.78080.78550.79010.8000附图

y=0.0757X40.7753R70.89720.80S077丁0。.出0.10.150.2U.25030.353=0.0757/0.7753=0.097644,计算出各溶液的作溶〜X2图，由斜率求出值环己烷=2.023-0.0016（t-20）=2.015测得c环己烷=7.58c空气=4.84C0=（c环己烷-c空气）/（环己烷一1）=2.69cd=c空气一c0=2.15=（c溶一cd）/c0环己烷0.050.010.150.200.30c空4.844.854.854.854.854.85c样7.588.188.739.419.8411.162.0152.242.452.702.863.35附图

=4.4057/2.0151=2.195.由，一，，=2.19炉0.097641=2.0151=0.7798M184.16,M274.12n等值求算正丁醇分子的偶极矩产n等值求算正丁醇分子的偶极矩产-0.04108n1=1.42493.R2limP2=1+2M111M2M1=109.99⑵计算R2R2limR2R2limR22n11M2M12Qn121c2“6n1Ml292n121=18.28(3)求算偶极矩艮0.0128,RRT=2.12五、讨论思考将结果与理论值对比，试分析实验中引起误差的因素，如何改进?答：(1)溶液的配制：移液管使用过程中量取溶液并不十分精确，会导致溶液配置的时候X的值与要求值有一定的偏差。所以，在移液的过程中要保证移液管使用操作迅速准确。(2)折光率的测定：折光率的线性还比较好，测量中除了取样，试剂瓶盖子应随时盖好.以免样品挥发影响溶液浓度。而且样品滴加要均匀，用量不能太少，以免测量不准确。(3)介电常数的测定：仪器不是很稳定，而且并未用移液管移取1ml,而是用每种溶液的专用商管吸取50滴，滴管的构造不一样，也导致了移取的样品量不一致，这是造成介电常数与浓度关系的线性很差的两个原因。应该用同一个移液管准确移取，且每次都要用丙酮洗净用待测液润洗，而且在重新装样前，为了证实电容池电极间的残余液确己除净，须先测量空气的电容彳1,待空气的电容值恢复到测量之前，或者在