偶极矩的测定,10年吴莉ppt课件.ppt

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1、偶极矩的测定物理化学实验指导老师：吴莉2010-9-8TheDeterminationofDipoleMoment极性分子具有偶极矩待测物质是极性分子乙酸乙酯怎样判断分子是否具有偶极矩利用分子的结构对称性分子对称性分子性质分子极性分子非极性分子偶极矩正负电荷中心不重合有无正负电荷中心重合目的要求实验原理实验仪器实验步骤注意事项数据处理实验成败的关键实验讨论思考题1．用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩。2．了解分子偶极矩和分子电性质的关系3．掌握溶液法测偶极矩的实验技术。一、实验目的二、实验原理1912年Debye提出“偶极矩”μ的概念来度量分子极性的大小，其定义是：μ=q·d（1）式中q为正、

2、负电荷中心所带的电荷量；d为正、负电荷中心间的距离；μ是一个矢量，其方向规定为从正到负，数量级为10-30C·m。1D=3.338×10-30C·m。μd1.偶极矩与极化度二实验原理极性分子具有永久偶极矩，在没有外电场存在时，其偶极矩的统计值为零。若将极性分子置于均匀的电场中，则偶极矩在电场的作用下会趋向电场方向排列。这是我们称这些分子被极化了，极化的程度可用摩尔极化度（P）来衡量。二实验原理分子将会沿电场方向作定向转动电子云相对分子骨架发生相对移动（2）骨架变形P变形P原子只占P变形的5%到15%二实验原理当处于频率小于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

3、转向极化、电子极化和原子极化的总和。当频率增加到1012～1014s-1的中频(红外频率)时，此时极性分子的摩尔极化度等于摩尔变形（诱导)极化度P变形。P转向=0，P=P电子+P原子当交变电场的频率进一步增加到大于1015s-1的高频(可见光和紫外频率)时，极性分子的摩尔极化度等于电子极化度P电子。P=P电子原则上只要在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度P，在红外频率下测得极性分子的摩尔变形极化度P诱导，两者相减得到极性分子摩尔转向极化度P转向，然后代入(2)式就可算出极性分子的永久偶极矩来。限于实验条件，一般用高频电场代替中频电场，将低频下测的P减去高频下测得的P二实验原理对于分子间

4、相互作用很小的体系，Clausius-Mosotti-Debye从电磁理论推得摩尔极化度P于介电常数ε之间的关系为根据光的电磁理论，在同一频率的高频电场作用下，透明物质的介电常数ε与折光率n的关系为：ε=n2二实验原理式中，ε1、ρ1、M1分别是溶剂的介电常数、密度和摩尔质量；M2、x2为溶质的摩尔质量和摩尔分数；α和β为常数，可通过稀溶液的近似公式求得：极化度的测定无限稀时，溶质的摩尔极化度P2∞的公式为ε溶＝ε1(1＋αx2)（5）ρ溶＝ρ1(1＋βx2)（6）式中，ε溶和ρ溶分别是溶液的介电常数和密度；x2是溶质的摩尔分数。无限稀释时，溶质的摩尔折射度R2∞的公式为二实验原理n溶＝

5、n1(1＋γx2)（8）式中，n溶是溶液的折射率，n1为溶剂的折射率；γ为常数，可由稀溶液的近似公式求得：。二实验原理3.偶极矩的测定考虑到原子极化度通常只有电子极化度的5%～15%，而且P转向又比P电子大得多，故常常忽视原子极化度。分子的永久偶极矩可用下面简化式计算二实验原理二实验原理乙酸乙酯环己烷溶液无限稀释溶液的介电常数和溶液的密度求P2∞在可见光下测定溶液的R2∞本实验然后由(10)式计算乙酸乙酯的偶极矩。介电常数的测定介电常数是通过测量电容计算得到的。本实验采用电桥法测量电容。测量物质的介电常数ε与电容的关系为：式中C0，ε0分别为真空时的电容和电容率；Cx，εx分别为充满某物

6、质时的电容和电容率。二实验原理电容池插在小电容测量仪的插孔上呈现的电容Cx可看作电容池两电极间的电容Cc和整个测试系统中的分布电容Cd并联所构成，即Cx=Cc+Cd。Cd对同一台仪器而言是一个恒定值，称为仪器的本底值，需先求出仪器的Cd，并在各次测量中予以扣除。二实验原理以环己烷为标准物质：ε标=2.052–1.55E-3×T=（C标’-Cd）/（C空’-Cd）利用当天的温度可以求出ε标，从而可以求出Cd，从而算出各溶液的介电常数。ε溶=（C溶’-Cd）/（C空’-Cd）二实验原理比重管三、实验仪器容量瓶(50mL)5只数字小电容测试仪电容池一只电吹风一只环己烷(AR)预先干燥处理乙酸乙

7、酯(AR)预先干燥处理四、实验步骤用称量法配制乙酸乙酯的环己烷溶液各25mL，分别盛于5个小容量瓶中，其摩尔分数分别为0.05，0.10，0.15，0.20，操作时应注意防止溶液、溶剂的挥发以及吸收极性较大的水汽。1、溶液配制四、实验步骤2.折射率的测定用阿贝折光仪测定纯溶剂及各配制溶液的折光率，注意测定时各样品需加样3次，每次读取三个数据。四、实验步骤3.介电常数的测定(1)将电容测量仪通电，预热10min。(2)将电容仪与电容池