文档介绍：袇***芈蒁蝿螃肀稀溶液法测定偶极矩莆蚃肂薂袈膈羅【实验目的】螅蒃肇薄芀袃羄(1)掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术。葿膄蒃莁莈袀膁(2)了解偶极矩与分子电性质的关系。袈羄袆蒂螁羃腿(3)测定正丁醇的偶极矩。芈蚅袄蒄衿莇蚈螇莅衿芁节肃蚄【实验原理】膆膅羀莃莀聿膂(1)偶极矩与极化度薆袆蚇莄蒈膃薁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。艿蚆莁膁袁螁肈蚈莆蒆芃罿膃蒅膈袃螂莄莂艿羀薇薃膅肁蒀芃虿图1电偶极矩示意图图2极性分子在电场作用下的定向羇莄膃膃薈羁蒇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,莆肄芈芄羁莂膅其定义是①袅袄莀肁聿荿肁式中,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。蕿薅羇肃蒁蒂螈通过偶极矩的测定,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。羈莅螁袀薀膁袆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。莇肅螆羂蚈袆袅②螇螆膂羃肀蕿肃式中:k为玻兹曼常数,A为阿伏加德罗常数。芆薆蝿螀腿袆膀在外电场作用下,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,因此蚆芇薃袂蒁芀莆P诱导=Pe+Pa荿螃薈羃蚀羆蚆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。螈薃羄蚀螈螈羆P=Pμ+Pe+Pa芈芄莆螂肀肆芅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:蚇羄肀袃艿蒀袁Pμ=P-(Pe+Pa)≈P-Pe肆螄肅蚁薁膆蒂蒆蒅蒁蚂虿袈肇(2)摩尔极化度的计算腿芅膈螃袈芆蚇克劳休斯、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。虿羆袂薁膀蚀薅③肈螆袇薂艿莅罿式中,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。蒇蒆芃蚄蚁肈聿但式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。袇***蚆蒁蝿莅螅在稀溶液中,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:莆蚃莀薂袈螀羄④螅蒃蒅芀羆蒅虿式中,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。膅