乙醇偶极矩测定

乙醇偶极矩的测定摘要：实验通过测定乙醇的环己烷溶液的折射率及电容，得到了折射率、介电常数与摩尔分数的线性关系。再利用Guggenheim和Smith改进的极化度与介电常数之间的关系式，求出了乙醇的偶极矩。关键字：乙醇折射率介电常数极化率1引言分子由于其空间构型不同其正负电荷中心可以重合，也可以不重合，前者称为非极性分子，后者称为极性分子，分子的极性可用偶极矩来表示。偶极矩是物理学中的重要性质，常用来判断分子的空间构型。可以判断分子内原子排列的几何形状，化学键之间的角度，而且在有机化学理论上也很重要。本实验通过测量稀溶液的折射率和电容，计算偶极矩。2实验2.1实验原理2.1.1偶极矩与极化度偶极矩是表示分子中电荷分布情况的物理量。其大小可以度量分子的极性，方向由正电荷到负电荷。偶极矩定义为正负电荷中国心所带的电荷量q与正负电荷中心之间的距离d的乘积：R=q-d偶极矩的单位习惯上用德拜表示，记为D，它与国际单位C.m的关系为1D=1*10-18静电单位.厘米=3.334*10-30C.m极性分子具有永久偶极矩。由于分子热运动，偶就指向各个方向的机会相同，所以偶极矩的统计值等于零。若将其置于电场E中则偶极矩在电厂的作用下会趋向沿电场方向排歹U，则成为分子被极化。分子的极化程度可用摩尔转向极化度P转向来衡量。4 口2P转向=3nNA3KT式中，K为玻尔兹曼常数，NA为阿伏伽德罗场数。在外电场作用下，所有分子都会发生电子云对分子骨架的相对移动，分子骨架也会因电厂分布不均衡发生变形，从而发生诱导极化或变形极化。极化程度用摩尔诱导计划程度P诱导来衡量，P诱导由电子计划程度P电子和原子极化程度P原子组成。即P诱导=P电子+P原子 '当分子处于频率小于10-10S-1的低频电场或静电场中，极性分子所产生的摩尔转向计划度P，是转向极化、电子极化和原子极化的总和：P=P转向+P电子+P原子在红外频率时，P转向=0，在高频时P转向=0且P原子=0。因此，只需在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度P，在红外频率下测得摩尔诱导极化度P诱导，两者相减季得到极性分子的摩尔转向极化度P转向，代入公式即可算的永久偶极矩R「2.1.2极化度的测定克劳修斯、莫索蒂和德拜从电磁理论得到了P与介电常数8之间的关系式，该关系式假定分子与分子之间无相互作用：8-1M『•；M为被测物质的分子量，p是该物质在T(K)时的密度，8由实验来测定。为了省去溶液密度的测量，该公式被改进如下：

27KT M。I顽画M27KT M。I顽画M(as-an)A11an分别如下得到：W2=溶质质量/溶液质量，在稀溶液中，溶液的介电常数£12设W2为溶质的质量分数及折射率的平方n122与W2有线性关系：£12=£1+asW2

n122=n12+anW2其中"和n1分别为溶剂的介电常数和折射率。2.1.3介电常数的测定介电常数通过测定电容器在不同戒指中的电容量的到：CC为充以电解质时的电容，C0为真空时的电容。通常空气电容接近1，介电常数课表达为：C

£=空实验用电桥法测电容，所用仪器为数字小电容测试仪，将待测样品放在电容池的样品池中测量，但小电容仪所测的Cx实际上包括了样品电容C样和电容池的分布电容。£^。即：X Cx=C样+Cd应从Cx中扣除Cd。方法如下：用一已知介电常数£标的标准物质测得电容为C标，再测电容器不放样品时的电容C空'，近似取C0=C空，可以导出：暗空—E-1工 工暗空—E-1£标-1C,'-C，2.2实验仪器阿贝折光仪，数字小电容测试仪和电容池，移液管，滴管，洗耳球，吹风机。2.3实验步骤2.3.1绘制n2-W曲线按照下表，准确配置乙醇的环己烷溶液。并测量折光率。在阿贝折光仪上测定上述溶液的折光率n，测定两次。平行数据间差值不超过0.0003。溶液/mL5.05.05.05.05.05.0乙醇/mL00.10.20.30.40.5环己烷/mL5.04.94.84.74.64.52.3.2测定样品的电容打开数字小电容测试仪，并预热5min。电容池插座与电容池的”外电极“连接，”电容池“插座与电容池的内电极连接。采零，消除系统的零位漂移。测量空气介质的电容。连按，外电极"插座，稳定后读取电容值。拔下插座，回零，再连接”外电极“插座，读取电容值。三次电容读数的平均值即为C空‘。三次读数相差不超过0.05PF。测量标准物质电容。用环己烷做标准物质，sr环与t的关系为：£「=2.023-0.0016(t/0c-20)吹干样品池，加入环己烷，使内外液面浸没内外电极，但不接触盖子，盖上盖子，连接”外

电极"插座，读取电容值。重新装样再次测量，三次读数的平均值即为C标。5.用上述方法测量样品的电容，每个样品测量三次，取其平均值即为匕’。测量完毕所有样品后再测空气的电容。 X3结果及讨论温度T=25.40C3.1n2-W曲线（乙醇d20=0.789,环己烷d25=0.7739）编号012345溶液/mL5.05.05.05.05.05.0乙醇/mL00.10.20.30.40.5环己烷/mL5.04.94.84.74.64.5溶液的质量分数W00.02040.04070.06110.08140.102折射率n12’1.42321.42201.42051.41941.41701.4151折射率n12”1.42311.42191.42041.41961.41721.4153折射率n121.42321.42201.42051.41951.41711.41522.0252.0222.0182.0152.0082.003Value StandardErrorIntercept 2.02652 9.32902E-4则，a=-0.222Slope -0.22197 0.015142.025-2.020-2.015-厂L -2.010-2.005-9nnn■、'\—LinearFitofBnI * 1 * I * 1 1 1 ■ i ■0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10W3.2样品电容及介电常数sr环=2.023-0.0016（t/oc-20）=2.023-0.0016*（25.4-20）=2.014前后测量2次空气电容分别为：4.51，4.49,4.49和4.35,4.35,4.34。平均值为4.42。测量标准物质环己烷电容为：6.83，6.82，6.80。平均值为6.82。C‘-C’6.82-4.42C0“空=二=^14T竺37C=C’-C标-!空=4.42-2.37=2.05d空£_-1编号0123456.836.917.057.267.698.00 6.826.907.047.247.668.04 6.806.907.077.267.678.05C x 6.826.907.057.257.678.03C样4.774.855.005.205.625.98-£12 2.012.052.112.192.372.52

绘制S12-W图如下BLinearFitofB则aBLinearFitofB则as=5.07Adj.R-Square 0.91362ValueStandardErrorB Intercept 1.95148 0.04257B Slope 5.0701 0.69072.3-co"2.2-e0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10W3.3偶极矩27KTM 27*1.38*10—16*298.55 46.07*="4nNd(s+2)2(as-a』=" 4n*6.02*10A23 0.7793(1.4232+2)2(5.07+0.222)静电单A1'1位.厘米=1.98*10A-18静电单位.厘米=1.98D3.4讨论实验值与理论值的偏差来自于仪器测量的不精确，以及实验数据处理的粗略。