偶极距的测定.doc

偶极矩的测定 摘要：本实验利用溶液法测定正丁醇的偶极矩，首先将正丁醇溶于非极性的环己烷中形成稀溶液，然后通过测量溶液的介电常数和溶液的密度求得P∞，再测定溶液的折射率求得R∞，然后计算正丁醇的偶极矩。 关键词：正丁醇、偶极矩、介电常数、折射率 实验部分： 实验原理 （1）偶极矩与极化度 分子结构可以被看成是由电子和分子骨架所构成。由于其空间构型不同其正负电荷中心可以重合，也可以不重合，前者称为非极性分子，后者称为极性分子，分子的极性可用偶极矩来表示。两个大小相等符号相反的电荷系统的电偶极矩的定义为 　　　　　　　　 　　μ = q ? r (1) 式中r 是两个电荷中心间距矢量，方向是从正电荷指向负电荷。 若将极性分子置于均匀的外电场中，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，称为极化。极化的程度用总摩尔极化度P来度量： P = PD + PO = PE + PA + PO (2) 式中PE、PA、PO分别为摩尔电子极化度，摩尔原子极化度和摩尔取向极化度。 如将电介质置于交变电场中，则其极化和电场变化的频率有关。当交变电场的频率增加到大于1015秒(1高频场（可见光和紫外）时，分子的取向和分子骨架的变形都跟不上电场的变化，这时PO = 0、PA = 0、P = PE。这时ε = n 2，n为介质的折射率，这时的摩尔极化度称为摩尔折射度R 　　　　 (3) 因为PA只有PE的10%左右，一般可以略去，或按PE10%修正。 由Clausius-Mosotti-Debye方程 　) (4) 有 (5) 略去PA由(4)(5)式可得： 　　 (6) (7) 由(7)计算E内忽略了分子间相互作用项，故用无限稀的P∞、R∞计算μ， 　　　　　 (8) 所以我们在实验中要测不同浓度下的P、R，再用外推法求P∞和R∞。 对于由溶剂1和溶剂2组成的溶液体系，根据Hedestrand（Z. Phys. Cnem.，2438（1929））的理论，其介电常数、折射率、摩尔极化度以及密度均和浓度成线性关系，即： ε = ε1 (1 + α X2 ) (9) n = n1 (1 + γ X2 ) (10) ρ = ρ1 (1 +β X2 ) (11) P = X1 P1 + X2 P2 (12) 式中X1、X2分别为溶剂和溶质的摩尔分数，ε、ρ、P、n；ε1、ρ1、P1、n1；ε2、ρ2、P2、n2分别为溶液、溶剂和溶质的介质常数、密度、摩尔极化度和折射率，α、β、γ为常数。由此可得： (13) (14) 这样我们用交变频率为1000HZ的交流电桥测出电容池中各浓度下溶液的电容，用此电容除以真空下电容池的电容即得介电常数。用阿贝折射仪测出可见光下各溶液的折射率，再用分析天平测出各溶液的密度代入(9)－(12)式，可定出α、β、γ，再代入(13)、(14)式算出P∞和R∞，再由(8)式算出分子的永久偶极矩μ。 仪器和药品 仪器： 阿贝折射仪一台 PCM-1A型精密电容测量仪一台 分析天平一台 HK-2A超级恒温水浴一台 电容池1只 容量瓶（25毫升）6只 电吹风一只 比重瓶1只 试剂： 正丁醇（分析纯） 环已烷（分析纯） 实验步骤 首先打开仪器预热，将恒温水浴的温度设定为30℃（水浴连接到阿贝折射仪和电容池），然后进行以下实验： 溶液配制 用称量法配制0%、1%、5%、10%和15%（摩尔分数