温州大学：材料工程实验教案（物理化学实验PPT）溶液法测定极性分子的偶极矩

溶液法测定极性分子的偶极矩

溶液法测定极性分子的偶极矩

实验目的·用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩，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主要实验技术

实验目的 • 用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩； • 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主要实验技术

基本原理分子结构可以近似地看作由电子云和分子骨架（原子核及内层电子）所构成。由于其空间构型的不同，其正负电荷中心可以是重合的，也可以不重合。前者称为非极性分子，后者称为极性分子

基本原理 分子结构可以近似地看作由电子云和分子 骨架(原子核及内层电子)所构成。由于其空间 构型的不同，其正负电荷中心可以是重合的， 也可以不重合。前者称为非极性分子，后者称 为极性分子

1912年德拜提出“偶极矩的概念来度量分1L子极性的大小，其定义是u=q·d分子中原子间的距离的数量级为10-10m，电荷的数量级为10-20C，所以偶极矩的数量级是1030C.m

• 1912年德拜提出“偶极矩” 的概念来度量分 子极性的大小，其定义是： • 分子中原子间的距离的数量级为10-10 m，电荷 的数量级为10-20 C，所以偶极矩的数量级是10- 30 C·m  = q d

图8-1电偶极矩示意图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，如图8-2所示趋向电场方向排列。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。图8-2极性分子在电场作用下的定向

图 8-1 电偶极矩示意图 图 8-2 极性分子在电场作用下的定向 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，如图8-2所示趋向电场方向排列。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

P转向与永久偶极矩的平方成正比，与绝对温度T成反比：+2244uu元V元N（8-2)转向93kT3KT式中，k为玻兹曼常数：N为阿伏加德罗常数

k T N KT P N 2 2 9 4 3 3 4    转向 =   =  P转向与永久偶极矩的平方成正比，与 绝对温度T成反比： （8-2） 式中，k为玻兹曼常数；N为阿伏加德 罗常数

在外电场作用下，不论极性分子或非极性分子，都会发生电子云对分子骨架的相对移动，而分子骨架也会发生形变，这称为诱导极化或来衡量。变形极化。用摩尔诱导极化度P诱导显然P诱导P电子可分为两项，即电子极化度P和原子极化度原子PPP诱导电子原子

P诱导 P诱导 P电子 原子 P 在外电场作用下，不论极性分子或非极性 分子，都会发生电子云对分子骨架的相对移动， 而分子骨架也会发生形变，这称为诱导极化或 变形极化。用摩尔诱导极化度 来衡量。 可分为两项，即电子极化度 和原子极化度 显然 P诱导 P电子 P原子 = + = +

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：P(8-3)电子原子转向

当处于频率小于1010 s -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： P = P转向 + P电子 + P原子 （8-3）

当频率增加到1012~1014s-1的中频（红外频率）时，电场的交变周期小于分子偶极矩的弛豫时间，极性分子的转向运动跟不上电场的变化，即极性分子来P转向不及沿电场方向定向，故=0，此时极性分子的摩尔极化度等于摩尔诱极化度。当交变电场C诱导的频率进一步增加到>1015s-1的高频（可见光和紫外频率）时，极性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

P转向 P诱导 当频率增加到1012～1014 s -1的中频(红外频率)时， 电场的交变周期小于分子偶极矩的弛豫时间，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 = 0，此时极性分子 的摩尔极化度等于摩尔诱极化度 。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，极性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

为此，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，然后代入式(8-2)就可算出极性分子永久偶极矩u

为此，原则上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 ，然后代入式(8-2)就可 算出极性分子永久偶极矩 。 P P诱导 P转向 