实验十二乙酸乙酯偶极矩的测定.PDFVIP

实验十二 乙酸乙酯偶极矩的测定 实验目的：了解偶极矩与分子电性的关系，掌握溶液法测定分子偶极矩的原理和方法，测定有机 液体的偶极矩。 实验原理： 一、偶极矩与极化度 分子结构中电子云分布造成正负电荷中心可能重合，也可能不重合，分别称为极性分子和非 极性分子。 德拜提出以偶极矩μ来衡量分子极性的大小，偶极矩的大小为正负电荷所带电荷量与正负电 荷中心距离的乘积。它的大小反映了分子结构中电子云的分布和分子对称性等情况，还可以用它 来判断几何异构体和分子的立体结构。如反式结构对称性比顺式结构的对称性来得大，偶极矩就 比较小。 极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩的统计值等于零。如将极性分子置 于均匀电场中，则偶极矩在电场的作用下趋向于电场方向排列，称分子被极化。极化程度用摩尔 转向极化度P转向 来衡量。它的大小与永久偶极矩的平方成正比，与热力学温度成反比：L为阿伏 加德罗数，k为玻兹曼常数。在外电场作用下，分子中的电子云会发生相对移动，分子骨架也会 变形，这种情况称为诱导极化或变形极化。用摩尔诱导极化度P诱导来衡量。它分为电子极化度和 原子极化度两部分，大小与外电场强度成正比，而与温度无关。 P诱导=P 电子+P原子 对于交变电场，分子极化情况与交变电场的频率有关，在频率较低时，极性分子的摩尔极化度为 转向极化度、电子极化度、原子极化度的总和。 P=P转向+ P 电子+P原子 当交变电场频率达到 1012~1014s-1 （红外线频率）时，极性分子来不及沿电场定向，则P转向=0 。 此时摩尔极化度等于摩尔诱导极化度。当交变电场频率达到 1015s-1 （可见、紫外光频率）时，分 子的转向和分子骨架变形都跟不上电场的变化，此时的摩尔极化度等于电子极化度。测定出极性 分子的摩尔极化度，再测出它的诱导极化度，相减后得到转向极化度，就可以求出分子的偶极矩 了。 二、极化度的测定 摩尔极化度与介电常数有关： 但这个关系式是假定分子间无相互作用时推导而得的，必须使物质处于气相才能适用，而这是比 较困难的。为此，提出了溶液法，是在无限稀释的非极性溶剂溶液中，溶质分子处于类似于在气 相中的状态，因此，无限稀释溶液中的溶质的摩尔极化度可看成是上式中的 P 。 在稀溶液中：由此可推出无限稀释时溶质摩尔极化度的公式：在红外频率条件下可测量诱 导极化度，但实验条件不太容易做到，可以在高频电场下测定极性分子的电子极化度而忽略原子 极化度。根据光电理论，同频率高频电场作用下，透明物质的介电常数等于折光率的平方，即： 因此，如果用摩尔折射度R 来表示高频区测得的极化度，则：在稀溶液中，溶液的折光率与溶 2 质的摩尔分数有关，可以推得无限稀释时溶质的摩尔折射度公式为 三、偶极矩的测定 考虑到原子极化度只有电子极化度的 5%~10%，而转向极化度比电子极化度大许多，因此 常忽略原子极化度。 P转向 = P — P 电子 由此可求偶极矩。此式把物质的微观性质偶极矩与它的宏观性质介电常数、密度、折光率联系起 来。进一步简化后，可用下式计算偶极矩：这种测定方法称为溶液法。由于极性溶质分子与非极 性溶剂分子之间的相互作用，所测得的值与实际值有一定的偏差，称为溶剂效应。 四、介电常数的测定 在平板电容器两极板之间加入一定的介质，则电容量会发生变化，这种变化的原因是介质 分子在电场中定向排列（极化）而使得两端加的电压与存储的电荷之间的关系发生变化。本次实 验是通过测定电容池中充以空气状态和充以样品状态的电容值来计算样品的介电常数。对电容池 和测试系统来说，有一个本底值与测定值相并联，在测定时要加以扣除： 此处的ε用标准物质进行测试，从而求得本底值。 实验内容： 一、溶液配制 配制四种浓度不同的乙酸乙酯- 四氯化碳溶液，其中乙酸乙酯的摩尔分数约为 0.15 左右， 操作时要防止溶质和溶剂的挥发，并防止吸收水气。按x2 为 0.05、0.10、0.15、0.20 配四个溶液， 注意四氯化碳与乙酸乙酯的摩尔质量分别为 153.82 和 88.11，密度分别约为 1.592 和 0.899 。因此， 从体积上计，摩尔分数约等于体积比。因此，对配 20mL 溶液，取 1、2 、3、4mL 乙酸乙酯加入 19、18、17、16mL 四氯化碳中