文档介绍：偶极矩的测定实验地点:化学楼 608 ; ; 。一、实验目的 ,但因空间构型的不同,正负电荷中心可能重合,也可能不重合,前者为非极性分子, 后者称为极性分子,分子极性大小用偶极矩μ来度量, 其定义为: μ=gd 。 g为正、负电荷中心所带的电荷量; d是正、负电荷中心间的距离。偶极矩的 SI单位是库[仑]米(C·m****惯使用的单位是德拜(D) , 1D= ×10 -30C·m。二、基本原理 ,非极性分子虽因振动,正负电荷中心可能发生相对位移而产生瞬时偶极矩,但宏观统计平均的结果,实验测得的偶极矩为零。讨论: ,由于分子热运动的影响, 偶极矩在空间各个方向的取向几率相等,偶极矩的统计平均值仍为零,即宏观上亦测不出其偶极矩。 E中,则偶极矩在电场的作用下,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 转向来衡量。转向永久偶极矩与μ 2的值成正比,与绝对温度 T 成反比: KT N A 29 4μ P??转向 N A为阿佛加德罗(Avogadro) 常数; K为玻耳兹(Boltzmann) 常数; T为热力学温度。 ,分子将沿电场方向转动,同时还会发生电子云对分子骨架的相对移动和分子骨架的变形,称为诱导极化。极化的程度用摩尔极化度 P来度量。诱导极化 P是转向极化度(P转向)、电子极化度(P电子)和原子极化度(P原子)之和, P =P 转向+ P 电子+ P 原子。 P 电子:电子云的变形; P 原子:原子核骨架的变形; P 转向:永久偶极在电场中的取向。 ,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 10s -1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。讨论: 10 12~10 14s -1的中频(红外频率)时,极性分子的转向运动跟不上电场的变化,即极性分子来不及沿电场方向定向,故 P 转动=0 ,此时极性分子的摩尔极化度等于摩尔诱导极化度。当交变电场的频率进一步增加到> 10 15s -1的高频(可见光和紫外频率)时, 极向分子的转向运动和分子骨架变形都跟不上电场的变化。此时极性分子的摩尔极化度等于电子极化度 P 电子。 ,只要在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度,在红外频率下测得极性分子的摩尔诱导极化度,两者相减得到极性分子摩尔转向极化度,然后就可算出极性分子的永久偶极矩来。、莫索和德拜从电磁场理论得到了摩尔极化度与介电常数ε之间的关系式: M为被测物质的分子量; d为该物质在 TK下的密度; ε可以通过实验测定。 d M????2 1??P此公式假定分子与分子间无相互作用而推导得到的。所以它只适用于温度不太低的气相体系。因此后来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剂的溶液中,溶质分子所处的状态和气相时相近,于是无限稀释溶液中溶质的摩尔极化度 P 2,∞,就可以看作为 P 。。)1 )1 2 1 2 1Xd X???????( ( 12 12d ε 。 221112PxPxP?? 21 11 1 1 12 2211 12 12 2 1]2 1 2 1[ xd xM d xMxM P ?????????????? 1 12 1 11 121 1 02 1)2( 3 lim 2d M M d M x????????????????? 2,P ,在同一频率的高频电场作用下, 透明物质的介电常数与折射率的关系为: 2n****惯上用摩尔折射率 R 2,来表示高频区测得的极化度 0?转向 P0?原子 P d M n n?????2 1 2 2 电子 PR 2