溶液法测定偶极矩

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1、溶液法测定极性分子偶极矩实验报告一、实验目的1.测定乙酸乙酯在四氯化碳中的介电常数和偶极矩，了解偶极矩与分子电性质的关系。2.测定某些化合物的折光率和密度，求算化合物、基团和原子的摩尔折光度，判断化合物的分子结构。二、实验原理分子是由带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成的。分子呈电中性，但因空间构型的不同，正负电荷中心可能重合，也可能不重合，前者为非极性分子，后者称为极性分子，分子极性大小用偶极矩μ来度量，其定义为μ＝qd（1）式中：q为正、负电荷中心所带的电荷量，单位是C；d是正、负电荷中心的距离，单位是m。μ是偶极矩，单位是(SI制)库[仑]米(C·m)。而过去习惯

2、使用的单位是德拜(D)：1D=1×10-18静电单位·厘米＝3.338×10-30C·m在不存在外电场时，非极性分子虽因振动，正负电荷中心可能发生相对位移而产生瞬时偶极矩，但宏观统计平均的结果，实验测得的偶极矩为零。极性分子具有永久偶极矩，由于分子热的运动，偶极矩在空间各个方向的取向几率均等，统计值等于零。若将极性分子置于均匀的外电场中，分子将沿电场方向转动，同时还会发生电子云对分子骨架的相对移动和分子骨架的变形，称为极化。极化的程度用摩尔极化度P来度量。分子因转向而极化的程度用摩尔转向极化度P转向来表示，因变形而极化的程度用摩尔变形极化度P变形来表示。而P变形又由P电

3、子(电子极化度)和P原子(原子极化度)两部分组成，于是有P＝P转向＋P变形＝P转向＋（P电子＋P原子）（2）P转向与永久偶极矩的平方μ2的值成正比，与热力学温度T成反比：（3）式中:NA为阿佛加德罗(Avogadro)常数；k为玻耳兹曼(Boltzmann)常数。由于P原子在P中所占的比例很小，所以在不很精确的测量中可以忽略P原子，(2)式可写成:P＝P转向＋P电子（4）只要在低频电场(υ＜1010s-1)或静电场中,测得的是P。在中频电场(υ＝1012~1014s-1)(红外频率)时，极性分子的转向运动跟不上电场的变化，故P转向=0，P＝P变形＝P电子＋P原子。在高频

4、电场（υ≈1015s-1）(紫外可见光)中，由于极性分子的转向和分子骨架变形跟不上电场的变化，故P转向=0，P原子=0，所以测得的是P电子。此时电子极化度可以用摩尔折射度R代替。（5）因此，分别在低频和中频电场下测出分子的摩尔极化度，两者相减即可得到P转向，再由(3)式计算μ。通过测定偶极矩，可以了解分子中电子云的分布和分子对称性，判断几何异构体和分子的立体结构。所谓溶液法就是将极性待测物溶于非极性溶剂中进行测定，然后外推到无限稀释。因为在无限稀的溶液中，极性溶质分子所处的状态与它在气相时十分相近，此时分子的摩尔极化度就可视为(5)的P。在稀溶液当中，溶液的摩尔极化度P

5、可用下式求出：（1-溶剂，2-溶质，x-摩尔分数）（6）将(5)式代入(6)得式中：sol代表溶液，ε1，M1，ρ1分别是溶剂的相对介电常数、摩尔质量和密度。M2为溶质摩尔质量。为了省去溶液密度的测量，经Guggenheim和Smith的简化与改进，得到如下公式：d1为溶剂的密度。分子的偶极矩可按下式计算：式中，P∞2和R∞2分别表示无限稀时极性分子的摩尔极化度和摩尔折射度(习惯上用摩尔折射度表示折射法测定的P电子)；T是热力学温度。三、仪器与试剂1、仪器阿贝折光仪，电容测试仪，电容池，电吹风，吸量管。2、试剂氯化碳，乙酸乙酯四、实验步骤1、标准溶液的配制准确6组配制含

6、乙酸乙酯的四氯化碳溶液，其质量分数为0.01~0.052、介电常数的测定介电常数ε可通过测量电容来求算ε＝C/C0式中，C0为电容器在真空时的电容；C为充满待测液时的电容，由于空气的电容非常接近于C0，故(11)式改写成ε＝C/C空由于整个测试系统存在分布电容，所以实测的电容C′是样品电容C和分布电容Cd之和，即C′＝C＋Cd显然，为了求C首先就要确定Cd值，方法是：先测定无样品时空气的电空C′空，则有C′空＝C空＋Cd再测定一已知介电常数(ε标)的标准物质的电容C′标，则有C′标＝C标＋Cd＝ε标C空＋Cd可得：将Cd代入即可求得C溶和C空。这样就可计算待测液的介电常

7、数。3、测定折光率在室温条件下用阿贝折光仪测定环己烷及各配制溶液的折光率.测定时注意各样品需加样三次,每次读取四个数据,然后取平均值.4、测定样品的电容和折光率电容值读取3组，折光率与之前测量方法相同。五、数据记录与处理（1）折光率对浓度标准曲线乙酸乙酯（mL）00.10.20.30.40.5四氯化碳（mL）54.94.84.74.64.5质量分数W00.0113930.0229880.0347910.0468060.05904折射率n1.45891.45621.45571.45421.45211.4491n22.1282432.1203