《溶液法测定极性分子的偶极矩实验报告.docVIP

2012级有机化学实验设计性实验报告 题目：溶液法测定极性分子的偶极矩 报告作者： 专业名称： 化学教育 行政班级：2012化学教育三班 学生学号： 20122401115 指导老师： 实验时间： 2014年10月14日 提交时间： 2014年10月23日 一、实验目的 1.用溶液法测定正丁醇的偶极矩 2.了解偶极矩与分子电性质的关系 3.掌握溶液法测定偶极矩的实验技术 实验原理 偶极矩与极化度 (1)两个大小相等方向相反的电荷体系的偶极矩定义为，度量分子极性的大小。 ① 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；是一个矢量，其方向规定为从正到负② 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，趋向电场方向排列。这时称这些分子被极化了。极化的程度可以用摩尔转向极化度Pμ来衡量。Pμ与永久偶极矩μ的平方成正比，与绝对温度T成反比。 (3)极性分子所产生的摩尔极化度P是摩尔定向极化度、摩尔电子诱导极化度和摩尔原子诱导极化度的总和： P=P定向+P诱导=P定向+P电子+P原子 ③ 摩尔极化度的计算 2. 摩尔极化度的计算 克劳休斯、莫索和德拜从电磁场理论得到了摩尔极化度P与介电常数 ε 之间的关系式。 ④ 式中，M为被测物质的摩尔质量；ρ 为该物质的密度；ε 是介电常数。 但式⑥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相体系，对某种物质甚至根本无法获得气相状态。因袭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剂中，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可以看作是式⑥中的P。 在稀溶液中，若不考虑极性分子间相互作用和溶剂化现象，溶剂和溶质的摩尔极化度等物理量可以被认为是具有可加性。因此，式④可以写成： ⑤ 式中，下标1表示溶剂；下标2表示溶质；x1表示溶剂的摩尔分数；x2表示溶质的摩尔分数；表示溶剂的摩尔极化度；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 ⑥ ⑦ 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 ⑧ ⑨ 因此 ⑩ 做ε1，2-x2图，根据式⑤由直线测得斜率a，截距ε1；作ρ1,2 -x2图，并根据式 由 ⑨直线测得斜率b，截距ρ1，代入式⑩得 由折光度计算电子极化度Pe 电子极化度可以使用摩尔折光度R代替，即 ? 根据测量的溶液折射率n1,2作图n1.2-x2，由斜率求出c，就可以按照式计算出Pe 。 介电常数的测定 介电常数是通过测定电容计算而得的。如果在电容器的两个板间充以某种电解质，电容器的电容量就会增大。如果维持极板上的电荷量不变，那么充电解质的电容器两板间电势差就会减少。设C0为极板间处于真空时的电容量，C为充以电解质时的电容量，则C与C0的比值ε称为该电解质的介电常数： ? 法拉第在1837年就解释了这一现象，认为这是由于电解质在电场中极化而引起的。极化作用形成一个反向电场，因而抵消了一部分外加电场。 测定电容的方法一般有电桥法、拍频法和谐振法，后两者为测定介电常数所常用，抗干扰性能好，精度高，但仪器价格昂贵。本实验中采用电桥法。实际所测得的电容C样品包括了样品的电容C样品和电容池的分布电容Cx两部分，即 ? 对于给定的电容池，必须先测出其分布电容 Cx。可以先测出以空气为介质的电容，记为C空 ，再用一种已知介电常数的标准物质，测得