偶极矩的测定

《偶极矩的测定》由会员分享，可在线阅读，更多相关《偶极矩的测定（24页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、偶 极 矩 的测 定 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

2、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=3.338 10-30Cm。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 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

3、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 : KTNA 294 P 转 向

4、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 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 。 诱 导 极 化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

5、 + 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 1012 1014s-1的 中 频 (红 外

6、 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 =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

7、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 。 dM 21P 此 公 式 假 定

8、 分 子 与 分 子 间 无 相 互 作 用 而 推 导 得 到 的 。 所以 它 只 适 用 于 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 。 )1 )1 21 21 X

9、d X （1212dD.溶 液 的 极 化 度 具 有 加 和 性 。 221112 PxPxP 21 111112 221112122 12121 xdxMd xMxMP 1 12111121 10 21)2( 3lim2 d MMdMx 2,PF.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 ：2n习 惯 上 用 摩 尔 折 射 率 R2,来 表 示 高 频 区 测 得 的 极 化 度 0 转 向P 0原 子P dMnn 2122电 子PR2 在 稀 溶 液 情 况 下 ， 还

10、存 在 近 似 公 式 ： )1( 21 Xn 12n 1221 1211 12212120电子 )2( 621lim 2 dn Mnd MMnnRX 2,RP KTNA 294 P 转 向G.如 何 求 偶 极 矩 ? KTNA 294 2,2, RP )()(0128.0 )()(10426.0 )(49 ,2,2 ,2,230 ,2,2 DTRP mCTRP TRPNKA 2.介 电 常 数 的 测 定 oCCA.分 布 电 容a.Cd ddCCC CCC 空 气测空 气 溶 液测溶 液 b.Cd的 标 定 1.5 )200016.0023.2.4.3.2.1 , 标 准 测标 准测空

11、气标 准环 己 烷标 准 空 气标 准标 准 空 气测空 气 标 准 测标 准 （ CCC tCC CCC CCCd dd c. C的 测 定 ddCCC CCC 测空 气空 气 测溶 液溶 液B.介 电 常 数 空 气CCCCo 三 、 仪 器 与 药 品 1.仪 器 小 电 容 测 量 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

12、 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 。