文档介绍：偶极矩的测定
目的要求
基本原理
1. 偶极矩与极化度
分子极性大小常用偶极矩来度量,其定义为:
其中q是正负电荷中心所带的电荷,d为正、负电荷中心间距离,
为向量,其方向规定为从正到负。因分子中原子间距离的数量级为10-10m,电荷数量级为10-20C,所以偶极矩的数量级为
10-30C·m。
在外电场作用下,不论是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,分子骨架也会发生变形,这种现象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。
摩尔极化度Pm为:Pm = Pe + Pa + Pμ
对于非极性分子,因μ=0,所以P= Pe + Pa
P诱导可分为两项,为电子极化和原子极化之和,分别记为Pe和Pa
摩尔定向极化度Pu:
对于分子间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
式中:M为摩尔质量,d为密度。
上式只适用于温度不太低的气相体系。
无限稀释溶液中溶质的摩尔极化度
式中ε1、M1、d1为溶剂的介电常数,摩尔质量和密度,M2为溶质的摩尔质量。α、β为两常数,可由下面两个稀溶液的近似公式求出:
透明物质的介电常数ε与折光率n的关系为:
ε= n2
常用摩尔折射度R2来表示高频区测得的极化度。此时= 0,Pa=0,则
同样测定不同浓度溶液的摩尔折射度R,外推至无限稀释,就可求出该溶质的摩尔折射度公式。
其中n1为溶剂摩尔折光率,γ为常数,由下式求出:
其中α、β、γ分别根据ε12~x2、d12~x2、n12~x2作图求出。
介电常数是通过测定电容,计算而得到。按定义
其中C0是以真空为介质的电容,C是充以介电常数为ε的介质时的电容。
由于小电容测量仪测定电容时,除电容池两极间的电容C0外,整个测试系统中还有分布电容Cd的存在,即
Cx/ = Cx + Cd
其中Cx/为实验所测值,Cx为真实的电容。
对于同一台仪器和同一电容池,在相同的实验条件下,Cd基本上是定值,故可用一已知介电常数的标准物质(如苯)进行校正,以求得Cd。
本实验采用电桥法。校正方法如下:
C空/=C空+ Cd
C标/=C标+ Cd
ε标= C标/ C空(C空≈C0)
故Cd=(ε标C空/- C标/)/(ε标-1)
εCCl4=-(t-20)
ε苯=-(t-20)