偶极矩实验的改进

偶极矩的测定实验的改进一、 实验目的：了解电容、介电常数的概念，学会测定极性物质在非极性溶剂中的介电常数。了解偶极矩测定原理，方法和计算，并了解偶极矩和分子电性质的关系。3依据实验测定判断偶极矩试验中的试剂能否改换了污染较小，处理较为简单的同类试剂乙醇及环己烷。二、 实验原理：偶极矩与极化度概念：分子根据其正负电荷中心是否重合可分为极性和非极性分子，分子极性的大小常用偶极矩来衡量：M=q*d。极性分子具有永久偶极矩，在没有外电场存在时，分子的热运动导致偶极矩各方向机会均等，统计值为0。当分子置于外电场中，分子沿着电场方向作定向转动，电子云相对分子骨架发生相对移动，骨架也会变形，叫做分子极化，极化程度由摩尔极化度（P）衡量。P=P转向+P变形=P转向+（P电子+P原子）其中P转向=4/9*nNm2/KT（1）对于非极性分子，P转向=0外电场若是交变电场，极性分子的极化与交变电场的频率有关。当交变电场频率小于1010S-】时，极性分子的摩尔极化度为转向极化度和变形极化度的和。若电场频率为1012S-1~1014S-1的中频电场（红外光区），因为电场交变周期小于偶极矩的松弛时间，转向运动跟不上电场变化，故而P转向=0,P=P电子+P原子。若交变电场频率大于1015S-1（可见和紫外光区），连分子骨架运动也不上变化，P=P电子。因为P原子只占P变形的5%到15%，限于实验条件，一般用高频电场代替中频电场，将低频下测的P减去高频下测得的P，就可以得到极性分子的摩尔转向极化度P转向，从而代入（1）就可以算出分子的偶极矩。极化度与偶极矩测定：对于分子间作用很小的体系（温度不太低的气相体系），从电磁理论推得摩尔极化度P与介电常数£的关系为：P=（£-1）/（£+2）*M/p上式中假定分子间无相互作用，在实验中，我们必须使用外推法来得到理想情况的结果。在溶液中分别测定不同浓度下的溶质的摩尔极化度，作图外推至无限稀释的情况，就可以得出分子无相互作用时的摩尔极化度：P2=limP2=3a£1/（£］+2）2*M1/p1+（£1-1）/（£1+2）*（M^M1）/p1式中£］、p］、M1为溶剂的值，M2为溶质的分子量。式中a、B为常数，由下式给出：£溶=£1（1+aX2）

p溶=p1（1+PX2）根据电磁理论，高频电场作用下，透明物质的介电常数£与折光率n的关系为：£=n2常用摩尔折射度R2来表示高频区的极化度。此时：R2=P电子=（n2-1）/（n2+2）*M/p同样测定不同浓度溶液的摩尔折射度R,作图外推至无限稀释，就可以求出该溶质的摩尔折射度。R2=limR2=（n12-1）/（n12+2）*（M2-pM1）/p1+6n12M1Y/（n12+2）2p1Y为常数，由下式求出：n溶=n1（1+YX2）综上所述，P转向=P2-R2p=0.0128*[（P2-R2）T]1/2（D）介电常数的测定：介电常数是通过测定电容，计算而得到。£=C/C0由于测定是系统中并非真空，所以测定值为c0和Cd之和。实验时，先测出Cd，在计算出各物质的介电常数。以环己烷为标准物质：£标=2.052—1.55e-3*T=（C标'-Cd）/（C空'-Cd）利用当天的温度可以求出£标，从而可以求出Cd，从而算出各溶液的介电常数。£溶=（C溶'-Cd）/（C空'-Cd）三、实验步骤：配制溶液，按下表所示进行相关实验溶液的配制项目 5.0毫升溶液乙醇（毫升）00.10.20.30.40.50.60.70.80.91环己烷（毫升）54.94.84.74.64.54.44.34.24.14质量分数（％）02.034.056.078.0910.1212.1414.1516.1718.220.2测定折光率分别室温下测定环己烷和10个溶液的折光率。测定密度在干燥密度管中用比重法测定密度，即在相同的体积下，两物质的密度之比正比

于其质量比。以当天温度下水的密度作为标准，分别测定5个溶液的密度。以环己烷为标准物质，分别测定5个溶液的介电常数。首先记下仪器的C空'，用移液管移取1ml环己烷，注入电容器样品室，然后用滴管逐滴加入样品，至示数稳定后，记下C标'，用注射器抽取样品，用洗耳球吹干，至示数与C空'相差无几（V0.02PF）。随后依次测定溶液的C溶'，计算介电常数。注意事项环己烷和乙醇均易挥发，所以配制溶液时动作要快。本实验溶液中防止有水分，所配制溶液的器具需要干燥，溶液应透明不发生浑浊。3测定折光率前需要对阿贝折光仪进行校正。测定电容时，应该防止溶液的挥发及溶液吸收空气中的水分，影响测定值，所以动作也需要快。（结合实验操作讲解）电容仪的各部件的连接避免绝缘。6•密度管在使用的时候要将外部擦干，小帽子内也应该保持干燥（结合实验操作讲解）。

数据处理：项目 5.0毫升溶液乙醇（毫升）00.10.20.30.40.50.60.70.80.91环己烷（毫升）54.94.84.74.64.54.44.34.24.14质量分数（％）02.034.056.078.0910.1212.1414.1516.1718.220.2折光率n1.41021.40911.40891.40781.40661.40451.40171.39931.39731.3961.3945n（平方）1.98871.98561.9851.9821.97851.97261.96481.9581.95241.9491.9446电容（皮法）6.316.416.626.837.217.859.9510.9111.5212.9312.89介电常数p2.042.162.412.663.123.886.397.548.279.959.9数据记录p-W图像线性回归有：p=0.455W+0.702由图像可知，在W为0至0.1范围内，p和W具有较好的线性关系，而从0.1开始p和W的相关性逐渐减小，不再满足线性关系。n2-W图像线性回归有：n2=1.9932-0.00237W如图，在整个测量范围内，n与W具有较明显的线性关系。(有部分处理部分及实验记录原单附于纸质版后)七.思考题：准确测定溶质的摩尔极化度和摩尔折射度时，为何要外推至无限稀释？答：因为公式中是假定分子间没有相互作用，而溶质分子和溶剂分子之间都会有相互

作用，所以要推至无限稀释后，得到的情况才能够与气相中的情况相似。试分析实验中误差的来源。答：(1)首先从理论上，由于高频电场代