复旦大学：《物理化学实验》课程教学资源（PPT实验课件讲稿）溶液法测定极性分子的偶极矩 Dipole Moment of a Polar Molecule

溶液法测定极性分 子的偶极矩 Dipole Moment of a Polar Molecule E 化学系基础实验中心

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)实验步)验败的关 实验原理 意项 实验付论 实验仪器 数据处理 思考数

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

目的要求 必了解偶极矩与分子电性质的关系 必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

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

二实验原逕 1。偶极矩与极化度 d 1912年 Debye,提出“偶极矩”μ的概念来度量分子极 性的大小,其定义是: u=gd (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;μ是一个矢量,其方向规定为 从正到负,数量级为1030Cm

二 实验原理 1. 偶极矩与极化度 • 1912年Debye提出“偶极矩”μ的概念来度量分子极 性的大小，其定义是： μ=q·d （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；μ是一个矢量，其方向规定为 从正到负，数量级为10-30C·m。 μ d

二实验原逕 极性分子具有永久偶极矩,在没有外电场存在时,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 转向 3 3kt 9 kT (2)

• 极性分子具有永久偶极矩，在没有外电场存在时，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 。 k T μ πL k T μ P πL 2 2 9 4 3 3 4 转向 = = （2） 二 实验原理

二实验原理 少当处于频率小于10s的低频电场或静电场中,板性 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。 P=P转向+h电子+1原子 (3) 当频率增加到1012~104s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导 当交变电场的频率进一步增加到大于10s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

❖ 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1012～1014s -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。 P = P 转向 + P 电子 + P 原子 （3） 二 实验原理

二实验原理 原则上只要在低频电场下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。口

❖ 原则上只要在低频电场下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 在可见光 无限稀释溶 下测定溶 液的介电常 液的R2 数和溶液的 密度求P2 乙酸乙酯四氯 化碳溶液 然后由(10)式计算乙酸乙酯的偶极矩

二 实验原理 乙酸乙酯-四氯 化碳溶液 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 2.极化度的测定 无限稀时,溶质的摩尔极化度P2的公式为 P=P=lin m p 3Oc y 61-1M2-BM1 (2+2)nc1+2 式中,61、p1、M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;a和β为常数,可通过稀溶液的近似公式求得:

二 实验原理 式中，ε1、ρ1、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；α和β为常数，可通过稀溶液的近似公式求得： 2.极化度的测定 无限稀时，溶质的摩尔极化度P2 ∞的公式为 ( ) (4) 2 1 2 3 lim 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 2 0 2 2 ρ M βM ε ε ρ M ε αε P P P x −  + −  + + = = = → 

二实验原逕 E溶=61(1+ax2)(5) p溶=P1(1+x2) (6) 令式中,和0分别是溶液的介电常数和密度; 是溶质的摩尔分数。 令无限稀释时,溶质的摩尔折射度R2的公式为 电子 lim 1M2-BM1,61M1 +2 n2+2

ε溶＝ε1 (1＋αx2 ) （5） ρ溶＝ρ1 (1＋βx2 ) （6） ❖ 式中，ε溶和ρ溶分别是溶液的介电常数和密度；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 ( ) (7) 2 6 2 1 lim 1 2 2 1 1 2 1 1 2 1 2 1 2 1 0 2 2 n ρ n M γ ρ M βM n n P R x + + −  + − = = = →  电子 二 实验原理