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1、偶极矩的测定,实验地点:化学楼608,a.用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩; b.明确测定偶极矩的原理和计算方法; c.熟悉小电容测定仪的构造原理和使用方法。,一、实验目的,1.偶极矩与极化度 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来度量，其定义为： =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(Cm)。 习惯使用的单位是德拜(D)，1D=3.33810-30Cm。,二、 基本原理,1.在不存在外电场时，非极性分子虽因振动，正负电荷中心可能发生相对位移而产生瞬时偶
2、极矩，但宏观统计平均的结果，实验测得的偶极矩为零。,讨论：,2.具有永久偶极矩的极性分子，由于分子热运动的影响，偶极矩在空间各个方向的取向几率相等，偶极矩的统计平均值仍为零，即宏观上亦测不出其偶极矩。,3.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。这时我们称这些分子被极化了。极化的程度可用摩尔转向极化度P转向来衡量。,A.P转向永久偶极矩与2的值成正比，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。,B.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
3、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。,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。,a.如果外电场是交变场，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：,b.当频率增加到10121014s-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
4、 =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。,c.因此,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。,C.克劳修斯、莫索和德拜从电磁场理论得到了摩尔极化度与介电常数之间的关系式：M为被测物质的分子量；d为该物质在TK下的密度；可以通过实验测定。,此公式假定分子与分子间无相互作用而推导得到的。所以它只适用于
5、温度不太低的气相体系。因此后来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的溶液中，溶质分子所处的状态和气相时相近，于是无限稀释溶液中溶质的摩尔极化度P2, ，就可以看作为P。,E.海德斯特兰首先利用稀释溶液的近似公式。,D.溶液的极化度具有加和性。,F.根据光的电磁理论，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：,习惯上用摩尔折射率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：,G.如何求偶极矩?,2.介电常数的测定,A.分布电容,a.Cd,b.Cd的标定,c. C的测定,B.介电常数,三、仪器与药品,1.仪器 小电容测量
6、仪1台;阿贝折射仪1台;比轻计1只; 滴瓶5只;滴管1只。 2.药品 环己烷(分析纯);乙酸乙酯(分析纯)。,1溶液配制 用称量法配制0.010,0.050,0.100,0.150,0.200（摩尔分数）乙酸乙酯的环已烷溶液各40克。操作时应注意防止溶质、溶剂的挥发。溶液配好后应迅速盖上瓶盖。,2折射率的测定用阿贝折射仪测出溶液的折射率。测定时各样品需加样三次，每次取三个数据，最后取平均值。,3 溶液密度的测定 用比轻计测定溶液密度。,四、实验步骤,4介质常数的测定,(1)空气C空的测定,(2)标准物质C标的测定 标 = 2.023 - 0.0016(t-20),(3)酸乙酯环己烷溶液C溶的测定,五、数据处理,1.将所测数据列表。 2.根据标 = 2.023 - 0.0016(t-20)式计算标。 3. 计算Cd和C空。 4. 计算C溶和溶。 5.分别作溶x2图，溶x2图和n溶x2图，由各图的斜率求，。 6. 分别计P,2和R,2. 7. 求算乙酸乙酯的。,
