实验36+偶极矩的测定.doc

文档介绍：实验36偶极矩的测定一、实验目的1、掌握测量偶极矩的原理和方法;2、了解偶极矩仪的使用方法;3、掌握用正丁醇做溶剂测定环己烷偶极矩的方法。二、实验原理电介质分子处于电场中,电场会使非极性分子的正负电荷中心发生相对位移而变得不重合;电场也会使极性分子的正负电荷中心间距增大,这样会使分子产生附加的偶极矩(诱导偶极矩)。这种现象称为分子的变形极化,可以用平均诱导偶极矩m来表示变形极化的程度。在中等强度的电场下设m=αE式中E为作用于个别分子上的强场,α为变形极化内内DD率。因为变形极化产生于两种因素:分子中电子相对于核的移动和原子核间的微小移动,所以有α=α+α式中α、α分别称为电子极化率和原子极化率。设n为单位体积中分子的DEAEA个数,根据体积极化的定义(单位体积中分子的偶极矩之矢量和)有P=nm=nαE内D为了计算E,考虑匀强电场中分子受到的静电力:维持匀强电场的电荷σ所产生的力内F,电介质极1化产生的感生电荷σ’产生的力F单个分子周围的微小空隙界面上的感生电荷产生的力F,,23各分子间的相互作用F(忽略)44,4,E=E+E+E=4πσ+4πP+=E+式中σ为极板表面电荷密度。PP内12333平行板电容器内电量为定值的条件下:ε=C/C=E/E,式中ε,C分别为电介质的介00电常数和电容器的电容;脚标0对应于真空条件下的数值因为E=4πσ-4πσ’=E-4πσ’0又E=εE0,1,,,可得式中σ’为感生电荷的面电荷密度。,,E4,体积极化的等价定义为“单位立方体上下表面的电荷σ’与其间距的积”,所以P=1×σ’=σ’,,14,p因此,即,P,,EE4,,,14p4p24p,,,,,,,,1313,,,,可得E内=,,4,2,,14,P,,,n,nDD3,,1,,23P=nαDE内=,即上式两边同乘分子量M和同除以介质的密度ρ,并注意到nM/ρ=N0,即得14,,,M,,N,0D23,,,这就是Clausius-Mosotti方程。4,P,N,D0D3定义“摩尔变形极化度”电场中的分子除了变形极化外还会产生取向极化,即具有固有偶极矩的分子在电场的作用下,会或多或少地转向电场方向。设它对极化率的贡献为PO,总摩尔极化度为P=PD+PO=PE+PA+PO,式中PE、PA、PO分别为摩尔电子极化度,摩尔原子极化度和摩尔取向极化度44,,P,N,P,N,E0EA0A33,由玻尔兹曼分布定律可得:244,,,PNN,,,,0000333KT式中μ为极性分子的固有偶极矩,K为玻尔兹曼常数,T为绝对温度最后得到24,N,,,1M0,,,,(),,EA,233KT,,此式称为Clausius-Mosotti-Debye方程。将电介质置于交变电场中时,其极化情况和电场变化的频率有关,交变电场的频率小于1010Hz时,极性分子的摩尔极化度P中包含了电子、原子和取向的贡献。若P=PE则ε=n2,n为介质的折射率,这时的摩尔极化度称为摩尔折射度R:2n,1MP,R,,E2,n,2因为PA只有PE的10%左右,一般可以略去,或按PE的10%修正。1119K222,,()(P,P,P)TEA,4N0由1119K222,,()(P,R)T,,(P,R)T,4N0略去PA则,代入常数值得由计算E内忽略了分子间相互作用项F4,故需用无限稀的P?、R?,也即,,,,