偶极矩的测定

1、2021/3/101偶极矩的测定厦门大学化学化工学院厦门大学化学化工学院2021/3/102分子分子极性分子极性分子非极性分子非极性分子偶极矩偶极矩正负电荷中心不重合正负电荷中心不重合正负电荷中心重合正负电荷中心重合2021/3/1031用溶液法测定乙醇的偶极矩。用溶液法测定乙醇的偶极矩。2了解分子偶极矩和分子电性质的关系了解分子偶极矩和分子电性质的关系3掌握折射法测偶极矩的实验技术。掌握折射法测偶极矩的实验技术。 一、实验目的一、实验目的2021/3/104二、实验仪器和试剂二、实验仪器和试剂 容量瓶容量瓶(50mL)4只只数字小电容测试仪数字小电容测试仪 电容池一只电容池一只电吹风一只电吹

2、风一只环己烷环己烷(AR)预先干燥处理预先干燥处理乙醇乙醇(AR)预先干燥处理预先干燥处理 2021/3/105三、实验原理与方法三、实验原理与方法 偶极矩是矢量，规定：偶极矩是矢量，规定：方向是从正电荷中心指向负电荷中心方向是从正电荷中心指向负电荷中心rq分子极性大小用偶极矩分子极性大小用偶极矩 来度量，其定义：来度量，其定义：2021/3/106极性分子具有永久偶极矩，在没有外电场极性分子具有永久偶极矩，在没有外电场存在时，由于分子热运动，偶极矩指向各方向存在时，由于分子热运动，偶极矩指向各方向机会均等，故其偶极矩统计值为零。机会均等，故其偶极矩统计值为零。 若将极性分子置于均匀的外电场中

3、，分子若将极性分子置于均匀的外电场中，分子将会沿电场方向作定向转动，同时分子中的电将会沿电场方向作定向转动，同时分子中的电子云对分子骨架发生相对移动，分子骨架也会子云对分子骨架发生相对移动，分子骨架也会变形，称为变形，称为分子极化分子极化。极化的程度可用摩尔极。极化的程度可用摩尔极化度化度P来度量。来度量。2021/3/107转向极化转向极化：分子沿外电场的方向作定向的转动而产生极化；分子沿外电场的方向作定向的转动而产生极化；变形极化变形极化（电子极化和原子极化电子极化和原子极化）：分子中的电子云对分分子中的电子云对分子骨架的相对移动和分子骨架的变形而产生极化。子骨架的相对移动和分子骨架的变形

4、而产生极化。极化的程度可用摩尔极化度衡量：极化的程度可用摩尔极化度衡量： PPPPPP变形电子原子转向转向+(）24 (1)9APLkT转向uu r2021/3/108PPPP电子原子转向+PPPP变形电子原子低低 频频中中 频频如何求如何求 P转向转向 ？8 9 10 11 12 13 14 15 16 17lg(v/Hz)摩尔极化度（P）转向电子原子微波红外可见光紫外射频2021/3/109如何测定如何测定P？12MPg（气体）相互作用小对于分子间相互力很小的体系，如温度不太低的气体，对于分子间相互力很小的体系，如温度不太低的气体，P与介与介电常数的关系为：电常数的关系为：在非极性溶剂的无

5、限稀溶液中，极性分子的状态和气体相近也可利用该式来计算。环己烷乙醇2021/3/1010可以采用可以采用溶液法溶液法测定摩尔极化度。测定摩尔极化度。在低频下对于无限稀释的溶质，利用稀溶液中的近似在低频下对于无限稀释的溶质，利用稀溶液中的近似公式公式：可导出摩尔极化度有下述表达式可导出摩尔极化度有下述表达式：1212(1),(1)xx溶溶2111212220111131lim (2)(2)2xMMMPPP2021/3/1011P变形变形的测定的测定考虑到考虑到P原子原子很小，很小，P变形变形P电子电子。这里采用在高频下测。这里采用在高频下测定不同溶液的折射率用于求算定不同溶液的折射率用于求算P变

6、形变形，如下式所示：，如下式所示：结合结合 (1)(2)(3)公式，可导出：公式，可导出：221211122220111116=lim (3)2(2)xnMMn MPPRRnn变形电子TRP)(0128. 02212(1)nnx溶2021/3/1012介电常数的测定介电常数的测定：介电常数是电容器两极间充满某物质时介电常数是电容器两极间充满某物质时的电容值的电容值Cc与同一电容器在真空时的电与同一电容器在真空时的电容量容量C0之比，即：之比，即：0ccCCCC空气2021/3/1013本实验的待测物质放在电容池中利用小本实验的待测物质放在电容池中利用小电容测试仪进行测试，但电容池在小电容测电容

7、测试仪进行测试，但电容池在小电容测试仪的插孔上所呈现的电容试仪的插孔上所呈现的电容C测测可看作为电可看作为电容池二电极间的电容容池二电极间的电容C和整个测试系统中的和整个测试系统中的分布电容分布电容Cd并联所构成，即并联所构成，即C测测C+ Cd 。C是随介质不同而变化的，而是随介质不同而变化的，而Cd不随测试物质不随测试物质改变而改变的恒值，即改变而改变的恒值，即Cd不是所测物质的电不是所测物质的电容，应在各次测量后扣除。求容，应在各次测量后扣除。求Cd的方法是用的方法是用已知介电常数的标准物质进行标定。已知介电常数的标准物质进行标定。2021/3/1014再测不加样品的空电容器的电容再测不

8、加样品的空电容器的电容C空空dCCC标标测得标准物质的电容测得标准物质的电容C标标(C测测)。dCCC空空近似：近似：C空空C0，空标空标CCCC空标CCC01标空标空CCC代入代入12即可求得即可求得Cd 11 12 13代入代入132021/3/1015选择溶剂应考虑以下因素：选择溶剂应考虑以下因素：（a）必须是非极性的）必须是非极性的（b）与溶剂的性质（如密度等）相）与溶剂的性质（如密度等）相差越大越好，这样不同浓度溶液测量数据差越大越好，这样不同浓度溶液测量数据的差别，测定相对误差小。的差别，测定相对误差小。（c）溶剂稳定，毒性小，挥发性小，）溶剂稳定，毒性小，挥发性小，便于操作。便于

9、操作。2021/3/1016稀溶液配制：稀溶液配制：x(乙醇乙醇)0.010.030.050.07V乙醇乙醇/ml0.10.20.30.4V环己烷环己烷/ml9.99.89.79.6参数变化规律：参数变化规律： 电容：电容： 小小大大 折射率：折射率： 大大小小 0.771 0 .0401x乙醇-环己烷溶液，密度关系：1ml10ml2021/3/10172、介电常数测定、介电常数测定 测定纯溶剂和测定纯溶剂和4份所配溶液的折光率。份所配溶液的折光率。注意各样品加样三次，每次读取三个数据。注意各样品加样三次，每次读取三个数据。1、折光率测定、折光率测定为了消除整套系统中的为了消除整套系统中的分布

10、电容分布电容C Cd d，先测，先测量一个已知介电常数的标准物质，可得：量一个已知介电常数的标准物质，可得：CCC空标空标1d1CCCCC标空标空空标d0dCCCCCC溶液溶液溶液空2021/3/1018用电吹风将电容池二极间的空隙吹干，旋上金用电吹风将电容池二极间的空隙吹干，旋上金属盖。读出电容值。读取电容值，重复测试三次，属盖。读出电容值。读取电容值，重复测试三次，三次平均值即为三次平均值即为 C空空(C空空+Cd仪器的分布电容仪器的分布电容)。再用滴管吸取干燥过的标准物质，从金属盖的再用滴管吸取干燥过的标准物质，从金属盖的中间口加入环己烷，使液面超过电极。并盖上塑料中间口加入环己烷，使液

11、面超过电极。并盖上塑料塞，以防环己烷挥发。恒温数分钟后，如上述步骤塞，以防环己烷挥发。恒温数分钟后，如上述步骤测定电容值。然后打开金属盖，移去电极间的环己测定电容值。然后打开金属盖，移去电极间的环己烷烷 (倒入回收瓶中倒入回收瓶中)。重新装样再次测电容值。三次。重新装样再次测电容值。三次测量的电容值的平均值即为测量的电容值的平均值即为C标标。从而可求。从而可求C空空(近似近似等于等于C0)和和Cd的值。的值。 2021/3/1019测定方法与标准物质的测量相同。重复测定测定方法与标准物质的测量相同。重复测定时，不但要移去电容间的溶液，还要用电吹风将时，不但要移去电容间的溶液，还要用电吹风将二极

12、间的空隙吹干。然后复测二极间的空隙吹干。然后复测C空空值，两次值差值，两次值差有不大于有不大于0.01pF。再加入待测溶液，测电容，两。再加入待测溶液，测电容，两次测定的数据的差值应小于次测定的数据的差值应小于0.02pF，否则要继续，否则要继续复测。三次所测电容读数取平均值，减去复测。三次所测电容读数取平均值，减去Cd,即即为溶液的电容值为溶液的电容值C12。由于溶液易挥发，故加样。由于溶液易挥发，故加样时动作要迅速，加样后塑料塞要塞紧。时动作要迅速，加样后塑料塞要塞紧。 (2)溶液电容的测定溶液电容的测定2021/3/10204、实验记录与数据处理、实验记录与数据处理 (1)、实验体系、实验体系 乙醇的环己烷溶液乙醇的环己烷溶液 测电容和折射率时恒温温度：测电容和折射率时恒温温度：20或或25(2)、实验记录及数据处理、实验记录及数据处理 记录实验数据并进行数据计算处理，对比记录实验数据并进行数据计算处理，对比实验结果与理论文献值的差别，分析原因并思实验结果与理论文献值的差别，分析原因并思