文档介绍：实用文案
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稀溶液法测定偶极矩
【实验目的】
(1) 掌握溶液法测定偈极矩的主要实验技术「
(2) 了解偶极矩与分子电性质的关系c
(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
图2极性分子在电场作用下的定向
性分子。
0- ©
b - b
图1电偶极矩示意图
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
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1O-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C
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
卩来衡量。P卩与永久偶极矩的卩的平方成正比，与绝对温度 T成反比。
P _ 4 nN g
厂9kT 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 Pe和原子极化度Pa，因此
P 诱导二Fe+Pa
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。
P = P g + Pe +Pa
如何从测得的摩尔极化度P中分别出Pg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P g + Pe +Pa。若把频率提高到红外范围(约 1011〜1014 HZ)，分子已 经来不及转向，此时测得的极化度只有 。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 Pg,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 g =P -( P e +R)〜P - P e
(2) 摩尔极化度的计算
P与介电常数£之间的关系式
克劳休斯、莫索和德拜从电磁场理论得到了摩尔极化度
£一1
xM
p
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式中，M为被测物质的摩尔质量；p 为该物质的密度；& 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
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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。
溶剂和溶质的摩尔极化度等物
在稀溶液中，若不考虑极性分子间相互作用和溶剂化现象,
理量可以被认为是具有可加性。因此，式③可以写成：
気—1
q,2+2
M1x1 M 2x2
X-
P1,2
=Xi Pi
X2P2
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式中，下标1表示溶剂；下标2表示溶质；Xi表示溶剂的摩尔分数；X2表示溶质的摩尔分 数；P1表示溶剂的摩尔极化度；P2表示溶质的摩尔极化度。
对于稀溶液，可以假设溶液中溶剂的性质与纯溶剂相同，则
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q—i
叼+2
M1
Pi
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0
X2
P1,2 -%1 p1
X2
Hedestrand首先推导出经验公式，指出在稀溶液中溶液的介电常数和密度可以表示为
p,2 二 p bX2
因此
q ax2 T M1X1 M 2X2 q T M1
x X[ x