摩尔折光度

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1、实验8摩尔折射度的测定一、实验目的：（1）测定某些化合物的折光度和密度，求算化合物、基团、原子的摩尔 折射度，判断化合物的分子结构（2）了解Clansisu-Mosotti-Debye方程的意义及使用范围。二、实验原理：（1）分子极化：在外电场的存在下，偶极矩会再其作用下沿电场定向排列 此时我们称分子被极化了，极化程度可以用分子的摩尔取向极化率P取 向來衡量。此外，在外电场下，极性/非极性分子都会发生电子云对分子 骨架的相对移动和分子骨架的变形，这这种现象叫做变形极化P变形，它 由电子极化度P电子，原子极化度P轩组成，故：P=P取向+P变形+P电子（式-1）由Clansisu-Mosotti-

2、Debye方程，P =耳占牛，8为介电常数，P为物质的 密度，M为被测物质的摩尔质量。由于在红外频率下测P变形较困难，所 以一般是在高频电场中测P电子（此时P取向=0, PD，极性分子的摩尔 极化度P=P电子）。根据光的电磁理论，在同一频率的高频电场作用下，透 明物质的介电常数和折射率n的关系为：z =n2（式-2）一般地，用摩尔折射度R2来表示高频区测得的摩尔极化度，即（式-3）n n e -1 M n2-l M 卩电产R2=_T =（2）摩尔折射度的测量：摩尔折射度是由于在光的照射下分子中电子云（主 要是价电子云）相对于分子骨架的相对移动结果，可作为分子中电子极 化率的量度。R有体积的因次

3、。若以纳光D线为光源，所测得的折光 率以表示，相应的摩尔折光度以Rd表示。实验结果表明，R具有加 和性，即R等于分子中各原子折射度及形成化学键时折射度的增量。离 子化合物的摩尔折射度等于其离子折射度之和。利用R的加和性，可根 据物质的化学式算出其各种同分异构体的折射度，与实验结果相比较, 从而探讨原子间的键型及分子结构。共价化合物摩尔折射度的加和性还表现在分子的摩尔折射度等于分子中各个 化学键摩尔折射度之和。分子中若有共轨键存在，电子的活动性提高，会产 生超加折射度，可以据此來判断分子中存在共辄体系、复键或成环的可能性。三、实验仪器和试剂：阿贝折光仪，电子天平，5mL/10mL容量瓶若干，滴管

4、若干；四氯化碳, 乙酸乙酯，1.2-二氯乙烷，丙酮，笨，乙醇，乙酸丁酯，乙酸异戊酯。四、实验步骤：1. 测量各物质的密度取8个容量瓶和胶头滴管，贴上上述8种物质的标签，用对应的物质冲洗 容量瓶后，用吹风机吹干，冷却。在电子天平上称取瓶重，记录相应的质量 值。在容量瓶中加入对应的物质，标定至刻度线处。擦干瓶身，称取瓶子 的总重，得到一定体积下液体物质的质量。2. 取出阿贝折光仪，打开加液槽，用丙酮冲洗后，用擦镜纸擦干。依次加入8种待测液体，测量其折光度。注意每测量完一种物质后都需要用丙酮洗净 加液槽。测量完成后，关闭阿贝折光仪，清洗玻璃仪器，整理试验台。五、实验数据记录与处理：表1.实验温度：2

5、0.1C容量瓶重/g总重/g液体重/g体积/mL密度/g mL1四氯化碳17.776833.639615.8628101.5863乙酸乙酯14.90851936674.458250.89161.2-二氯乙烷15.15062136516.214551.2429丙酮14.44511832583.880750.7761笨17.066325.77808.7117100.8712乙醇14.668118.67934.011250.8022乙酸丁酯16.825125.59008.7649100.8765乙酸异戊酯15.829224.49748.6682100.8668在折射率的测量中，在25C下，先测量纯水

6、的折射率，为n器（H2O）=1.331乙 而 标准值为1.3325,由于存在0.0013的差值，需要对得到的实验结果进行校正， 每个记录值减去0.0013,得到校正值。各物质的理论折射度由下表算的： 表2：原子Rd原子RdH1.028键的增量C2.591单键00（酯类）1.764双键1.5750（缩醛类）1.607垒键1.977OH（醇类）2.546三元环0.614CI5.844四元环0317N（脂肪族）2.744五元环-0.19N（芳香）4.243八兀环-0.15根据公式P电尸只2=扛 =詈，结合测得的折射率密度数据，即可算出每 种物质的摩尔折射度，根据，上表提供的各原子折射度及形成化学键时

7、的折射度 增量，课算出每种物质的理论折射度，得到如下表所示结果：表：3折射率摩尔质量g/mol摩尔折射度相对误 差/%记录值校准值实验值理论值四氯化碳1. 45021. 4489153. 8426. 00825. 9670. 16乙酸乙酯1. 36971. 368488. 1122. 26523. 691-6. 021. 2-二氯乙烷1.44111. 439898. 9720. 97820. 982-0. 02丙酮1. 35631. 355058. 0816. 30915. 5484. 89笨1. 49701. 495778. 1126. 17826. 289-0. 42乙醇1. 36151.

8、 360246. 0712. 68012. 868-1. 46乙酸丁酯1. 39281. 3915116. 1631.52332. 985-443乙酸异戊酯1. 39821. 3969130. 1936. 16137. 632-3. 91四氯化碳1. 45901. 4577153. 8426. 44825. 9671. 85根据测得的摩尔折光度，根据摩尔折射度的加和性，可以求出某些原子和基团的 折光度，与理论结果比较：CH2 基团折射度：R(CH2)=R(CH3COOC5H11)-R(CH3COOC4H9)Cl 原子的折射度:2R(CI)=R(CH2CICH2CI)-2R(CH2)C 原子的折

9、射度：R(C)=R(CCI4)-4R(CI)H 原子的折射:2R(H)=R(CH2)-R(C)o :所得结果与理论值比较，如下表所示：表4：r(ch2)R(C1)R(C)R(H)实验值4. 6385. 8512. 6041.017理论值4. 6475.8442. 5911.028相对误差(%)-0. 190. 120. 50-1.07所得数据误差较小，在允许的范围内。 实验讨论：1. 从表3和表4中可以看出，大部分得到的实验数据都能与理论值较好地吻合， 实验准确度较高。但是，在表3中也有部分物质的摩尔折射度值与理论值有 较大差异，如乙酸乙酯，丙酮等。由于在计算原子折光率时，并没有用到这些数据，

10、且在二数据相减中会抵消实验的系统误差，故后者的相对误差比较 小。由于原子和基团的摩尔折射度可以通过不同物质的组合得到，如3R(CH2) =R(CH3COOC5H11)-R(CH3COOC2H5),得到 R(CH2)=4.632,虽然存在一定的差异， 但是在误差允许范围内。若二者差距过大，说明其中某种物质的实验值存在 大的偏差。2. 分子中有共轨键存在时，电子活动性提高，会产生超加折射度。对于苯，表 3中的理论值是考虑了共轨键的存在后得出的。若不考虑共轨键，理论值为 R-21.564,远小于实验值26.178,只有考虑了共轨的3个双键后实验值与理论值才 能较好的相符。正是基于此，我们可以通过这个

11、差异，来判断分子中共轨体系的存在性。3. 实验的误差主要來源于密度的测量和折光率的测量以及实验的温度。 实验中并没有采用密度管，而是通过容量瓶质量与体积之差得到密度值, 这难以得到高精确度的密度值。通过与文献值提供的密度数据也可看出其 中的差异。容量瓶的体积受温度变化较敏感，且精度也有所限制，不是测 量密度的很好选择 由实验数据看出，用纯水校正时，折光仪的测量值与标准值是有一 0.0013的差值 的，这属于比较大的偏差，一般认为只是最后一位存在偏差是比较正常的。 虽然经过了校正，但这也可看出所用折光仪误差较人。另外，由于所用的物质都有较 强的挥发性，折光仪的界面不是十分清晰，给测量带来一定的不便，测量时需加较多 的液体。4. 从摩尔折射度理论值可看出，处在不同坏境中的相同原子，其折射度值也是有所差异的。 如酯类，缩醛类，醇类中的氧原子的折射度都是不同的，脂肪族和芳香族中的N的折射度也 不同。另外，形成三四元环时折射度增加，而形成较稳定的五六元环时折射度是减小的。这 些都说明摩尔折光度与物质的结构着密切的联系，能反映很多物质的内部结构信息。