稀溶液法测定偶极矩实验地报告材料

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1、实用标准文案稀溶液法测定偶极矩【实验目的】(1)掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术。(2)了解偶极矩与分子电性质的关系。(3)测定正丁醇的偶极矩。【实验原理】(1)偶极矩与极化度分子结构可以近似地看成是由电子云和分子骨架(原子核及内层电子)所构成。由于空间构型的不同，其正负电荷中心可以是重合的，也可以不重合。前者称为非极性分子，后者称为极性分子。图1电偶极矩示意图图2极性分子在电场作用下的定向1912年德拜提出“偶极矩”的概念来度量分子极性的大小，如图1所示，其定义是①式中，q是正负电荷中心所带的电量；d为正负电荷中心之间的距离；是一个向量，其方

2、向规定为从正到负。因分子中原子间的距离的数量级为10-10m，电荷的数量级为10-20C，所以偶极矩的数量级是10-30C·m。通过偶极矩的测定，可以了解分子结构中有关电子云的分布和分子的对称性，可以用来鉴别几何异构体和分子的立体结构等。极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩指向某个方向的机会均等。所以偶极矩的统计值等于零。若将极性分子置于均匀的电场E中，则偶极矩在电场的作用下，如图2所示趋向电场方向排列。这时我们称这些分子被极化了。极化的程度可用摩尔转向极化度Pμ来衡量。Pμ与永久偶极矩的μ的平方成正比，与绝对温度T成反比。精彩文档实

3、用标准文案②式中：k为玻兹曼常数，A为阿伏加德罗常数。在外电场作用下，不论极性分子或非极性分子，都会发生电子云对分子骨架的相对移动，分子骨架也会发生形变。这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。显然P诱导可分为二项，即电子极化度Pe和原子极化度Pa，因此P诱导=Pe+Pa如果外电场是交变场，极性分子的极化情况则与交变场的频率有关。当处于频率小于1010HZ的低频电场或静电场中，极性分子所产生的摩尔极化度P是转向极化、电子极化和原子极化的总和。P=Pμ+Pe+Pa如何从测得的摩尔极化度P中分别出Pμ的贡献呢？介电常数实际上是在107HZ以

4、下的频率测定的，测得的极化度为Pμ+Pe+Pa。若把频率提高到红外范围（约1011～1014HZ），分子已经来不及转向，此时测得的极化度只有Pe和Pa的贡献了。所以从按介电常数计算的P中减去红外线频率范围测得的极化，就等于Pμ，在实验上，若把频率提高到可见光范围，则原子极化也可以忽略，则在可见光范围：Pμ=P-(Pe+Pa)≈P-Pe（2）摩尔极化度的计算克劳休斯、莫索和德拜从电磁场理论得到了摩尔极化度P与介电常数ε之间的关系式。③式中，M为被测物质的摩尔质量；ρ为该物质的密度；ε是介电常数。但式③是假定分子与分子间没有相互作用而推导得到的。所以它只适用

5、于温度不大低的气相体系，对某种物质甚至根本无法获得气相状态。因此后来就提出了用一种溶液来解决这一困难。溶液法的基本想法是，在无限稀释的非极性溶液中，溶质分子所处的状态和气相时相近，于是无限稀释溶液中的溶质的摩尔极化度就可以看作是式③中的P。精彩文档实用标准文案在稀溶液中，若不考虑极性分子间相互作用和溶剂化现象，溶剂和溶质的摩尔极化度等物理量可以被认为是具有可加性。因此，式③可以写成：④式中，下标1表示溶剂；下标2表示溶质；x1表示溶剂的摩尔分数；x2表示溶质的摩尔分数；表示溶剂的摩尔极化度；表示溶质的摩尔极化度。对于稀溶液，可以假设溶液中溶剂的性质与纯溶

6、剂相同，则⑤⑥Hedestrand首先推导出经验公式，指出在稀溶液中溶液的介电常数和密度可以表示为⑦⑧因此⑨做ε1，2-x2图，根据式④由直线测得斜率a，截距ε1；作ρ1,2-x2图，并根据式⑧由直线测得斜率b，截距ρ1，代入式⑨得（3）由折光度计算电子极化度Pe电子极化度可以使用摩尔折光度R代替，即精彩文档实用标准文案式中，n为物质的折射率；M为物质的摩尔质量；ρ为密度。同样在稀溶液中：n1,2=n1+cx2则⑩根据测量的溶液折射率n1,2作图n1.2-x2，由斜率求出c，就可以按照式⑩计算出Pe。（4）介电常数的测定介电常数是通过测定电容计算而得的。

7、如果在电容器的两个板间充以某种电解质，电容器的电容量就会增大。如果维持极板上的电荷量不变，那么充电解质的电容器两板间电势差就会减少。设C0为极板间处于真空时的电容量，C为充以电解质时的电容量，则C与C0的比值ε称为该电解质的介电常数：ε=⑪法拉第在1837年就解释了这一现象，认为这是由于电解质在电场中极化而引起的。极化作用形成一个反向电场，因而抵消了一部分外加电场。测定电容的方法一般有电桥法、拍频法和谐振法，后两者为测定介电常数所常用，抗干扰性能好，精度高，但仪器价格昂贵。本实验中采用电桥法。实际所测得的电容C'样品包括了样品的电容C样品和电容池的分布电

8、容Cx两部分，即C'样品=C样品+Cx⑫对于给定的电容池，必须先测出其分布电容C