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实验地点:化学楼608
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一、实验目的
分子呈电中性,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)。<br****惯使用的单位是德拜(D),1D=×10-30C·m。
二、基本原理
,与绝对温度T成反比:
NA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1010s-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:
~1014s-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>1015s-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。
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,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:<br****惯上用摩尔折射率R2,来表示高频区测得的极化度
在稀溶液情况下,还存在近似公式:
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