溶液法测定极性分子的偶极矩.ppt
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1、化学系基础实验中心,溶液法测定极性分子的偶极矩, Dipole Moment of a Polar Molecule,目的要求,实验原理,实验仪器,实验步骤,注意事项,数据处理,实验成败的关键,实验讨论,思考题,一 目的要求,了解偶极矩与分子电性质的关系 掌握溶液法测定偶极矩的实验技术 用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩,二 实验原理,偶极矩与极化度 1912年Debye提出“偶极矩”的概念来度量分子极性的大小,其定义是: =qd (1) 式中q为正、负电荷中心所带的电荷量;d为正、负电荷中心间的距离;是一个矢量,其方向规定为从正到负,数量级为10-30Cm。,d,极性分子具有永久偶极矩,在没有外电
2、场存在时,其偶极矩的统计值为零 。 若将极性分子置于均匀的电场中, 则偶极矩在电场的作用下会趋向电场方向排列。这是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 。,(2),二 实验原理,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。 当频率增加到10121014s-1的中频(红外频率)时,此时极性分子的摩尔极化度等于摩尔诱导极化度P诱导。 当交变电场的频率进一步增加到大于1015s-1的高频(可见光和紫外频率)时,极性分子的摩尔极化度等于电子极化度P电子。,(3),二 实验原理,原则上只要在低频电场下
3、测得极性分子的摩尔极化度P,在红外频率下测得极性分子的摩尔诱导极化度P诱导,两者相减得到极性分子摩尔转向极化度 P转向,然后代入(2)式就可算出极性分子的永久偶极矩来。,二 实验原理,二 实验原理,无限稀释溶液的介电常数和溶液的密度求P2,在可见光下测定溶液的R2,本实验,然后由(10)式计算乙酸乙酯的偶极矩。,二 实验原理,式中,1、1、M1分别是溶剂的介电常数、密度和摩尔质量;M2、x2为溶质的摩尔质量和摩尔分数;和为常数,可通过稀溶液的近似公式求得:,极化度的测定 无限稀时,溶质的摩尔极化度P2的公式为,溶1(1x2) (5) 溶1(1x2) (6),式中,溶和溶分别是溶液的介电常数和密
4、度;x2是溶质的摩尔分数。,无限稀释时,溶质的摩尔折射度R2的公式为,二 实验原理,式中,n1为溶剂的折射率;为常数,可由稀溶液的近似公式求得:,n溶n1(1x2) (8) 式中,n溶是溶液的折射率。,二 实验原理,偶极矩的测定 考虑到原子极化度通常只有电子极化度的5%15%,而且P转向又比P电子大得多,故常常忽视原子极化度。 分子的永久偶极矩可用下面简化式计算,二 实验原理,介电常数的测定 介电常数是通过测量电容计算得到的。本实验采用电桥法测量电容。 测量物质的介电常数与电容的关系为: 式中C0,0分别为真空时的电容和电容率;Cx,x分别为充满某物质时的电容和电容率。,二 实验原理,电容池插
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