文档介绍：.页眉.. .页脚. 稀溶液法测定偶极矩【实验目的】(1) 掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术。(2) 了解偶极矩与分子电性质的关系。(3) 测定正丁醇的偶极矩。【实验原理】(1) 偶极矩与极化度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。图 1 电偶极矩示意图图 2 极性分子在电场作用下的定向 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, 其定义是①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。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。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 P μ来衡量。 P μ与永久偶极矩的μ的平方成正比,与绝对温度 T成反比。 dq???? p?b ?b .页眉.. .页脚. kT 9 μπN4P Aμ?②式中: k为玻兹曼常数, N A为阿伏加德罗常数。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 P e和原子极化度 P a,因此 P 诱导=P e +P 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 10 10H Z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。 P=P μ+P e +P a 如何从测得的摩尔极化度P中分别出P μ的贡献呢?介电常数实际上是在10 7H Z以下的频率测定的,测得的极化度为 P μ+P e +P a。若把频率提高到红外范围(约 10 11~ 10 14H Z),分子已经来不及转向,此时测得的极化度只有 P e和P a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 P μ,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: P μ=P -(P e +P a)≈P-P e (2)摩尔极化度的计算克劳休斯、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。ρ M×+2ε-1ε?P ③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。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。.页眉.. .页脚. 在稀溶液中,若不考虑极性分子间相