《偶极矩的测定》PPT课件

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1、偶极矩的测定实验地点:化学楼608a.用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩;b.明确测定偶极矩的原理和计算方法;c.熟悉小电容测定仪的构造原理和使用方法。一、实验目的1.偶极矩与极化度分子呈电中性，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=gd。g为正、负电荷中心所带的电荷量;d是正、负电荷中心间的距离。偶极矩的SI单位是库［仑］米(C·m)。习惯使用的单位是德拜(D)，1D=3.338×10-30C·m。二、基本原理1.在不存在外电场时，非极性分子

2、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。讨论：2.具有永久偶极矩的极性分子，由于分子热运动的影响，偶极矩在空间各个方向的取向几率相等，偶极矩的统计平均值仍为零，即宏观上亦测不出其偶极矩。3.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，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P转向来衡量。A.P转向永久偶极矩与μ2的值成正比，与绝对温度T成反比:NA为阿佛加德罗(Avogadro)常数;K为玻耳兹(Boltzmann)常数;T为热力

3、学温度。B.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，称为诱导极化。极化的程度用摩尔极化度P来度量。诱导极化P是转向极化度(P转向)、电子极化度(P电子)和原子极化度(P原子)之和，P=P转向+P电子+P原子。P电子:电子云的变形；P原子：原子核骨架的变形；P转向：永久偶极在电场中的取向。a.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1010s-1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。讨

4、论：b.当频率增加到1012～1014s-1的中频(红外频率)时，极性分子的转向运动跟不上电场的变化，即极性分子来不及沿电场方向定向，故P转动=0，此时极性分子的摩尔极化度等于摩尔诱导极化度。当交变电场的频率进一步增加到＞1015s-1的高频(可见光和紫外频率)时，极向分子的转向运动和分子骨架变形都跟不上电场的变化。此时极性分子的摩尔极化度等于电子极化度P电子。c.因此,只要在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度，在红外频率下测得极性分子的摩尔诱导极化度，两者相减得到极性分子摩尔转向极化度，然后就可算出极性分子的永久偶极矩来。C.克劳修

5、斯、莫索和德拜从电磁场理论得到了摩尔极化度与介电常数ε之间的关系式：M为被测物质的分子量；d为该物质在TK下的密度；ε可以通过实验测定。此公式假定分子与分子间无相互作用而推导得到的。所以它只适用于温度不太低的气相体系。因此后来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剂的溶液中，溶质分子所处的状态和气相时相近，于是无限稀释溶液中溶质的摩尔极化度P2,∞，就可以看作为P。E.海德斯特兰首先利用稀释溶液的近似公式。D.溶液的极化度具有加和性。F.根据光的电磁理论，在同一频率的高频电场作用下，透明物质的介电常数

6、与折射率的关系为：习惯上用摩尔折射率R2,来表示高频区测得的极化度在稀溶液情况下，还存在近似公式：G.如何求偶极矩?2.介电常数的测定A.分布电容a.Cdb.Cd的标定c.C的测定B.介电常数三、仪器与药品1.仪器小电容测量仪1台;阿贝折射仪1台;比轻计1只;滴瓶5只;滴管1只。2.药品环己烷(分析纯);乙酸乙酯(分析纯)。1．溶液配制用称量法配制0.010,0.050,0.100,0.150,0.200（摩尔分数）乙酸乙酯的环已烷溶液各40克。操作时应注意防止溶质、溶剂的挥发。溶液配好后应迅速盖上瓶盖。2．折射率的测定用阿贝折射仪测

7、出溶液的折射率。测定时各样品需加样三次，每次取三个数据，最后取平均值。3溶液密度的测定用比轻计测定溶液密度。四、实验步骤4．介质常数的测定(1)空气C′空的测定(2)标准物质C′标的测定ε标=2.023-0.0016(t-20)(3)酸乙酯—环己烷溶液C′溶的测定五、数据处理1.将所测数据列表。2.根据ε标=2.023-0.0016(t-20)式计算ε标。3.计算Cd和C空。4.计算C溶和ε溶。5.分别作ε溶—x2图，ρ溶—x2图和n溶—x2图，由各图的斜率求α，β，γ。6.分别计P∞,2和R∞,2.7.求算乙酸乙酯的μ。