偶極矩的測定1目的要求

1、偶極矩的測定1 目的要求(1) 用溶液法測定乙酸乙酯的偶極炬.(2) 怨偶極井7分子電性頂?shù)年P(guān)系.(3) 掌握溶液法測定偶極矩的主要實(shí)驗(yàn)技術(shù)。2 基本原理(1) 偶極矩與極化度：分子結(jié)構(gòu)可以近似地看成是由電子云和分子骨架(原子核及內(nèi)層電子)所構(gòu)成。由于其空間構(gòu)型的不同，其正負(fù)電荷中心可以是重合的，也可以不重合。前者稱為非極性分子，后者稱為極性分子。b -圖18-1電偶極矩示意圖圖18-2極性分子在電場作用 下的遲向1912年德拜提出“偶極矩”的概念來度量分子極性的大小，如圖18-1所示，其定義是J = q d(18-1)式中，q是正負(fù)電荷中心所帶的電量；d為正負(fù)電荷中心之間的距離；是 一個(gè)向量

2、，其方向規(guī)定為從正到負(fù)。因分子中原子間的距離的數(shù)量級為10-10m，電荷的數(shù)量級為10-20C，所以偶極矩的數(shù)量級是10-30C m-J通過偶極矩的測定，可以了解分子結(jié)構(gòu)中有關(guān)電子云的分布和分子的 對稱性，可以用來鑒別幾何異構(gòu)體和分子的帀體結(jié)構(gòu)等。極性分子具有永久偶極矩，但由于分子的熱運(yùn)動，偶極矩指向某個(gè)方向的機(jī)會均等。所以偶極矩的統(tǒng)計(jì)值等于零。若將極性分子置于均勻的電場E中，則偶極矩在電場的作用下，如圖H -29-2所示趨向電場方向排列。這時(shí)我們稱這些分子被極化了。極化的程度可用摩爾轉(zhuǎn)向極化度P轉(zhuǎn)向來衡量盤P轉(zhuǎn)向與永久偶極矩j2的值成正比，與絕對溫度 T成反比c 3 K1p專向=4 N3KT

3、(18-2)4N 9KT式中：K為玻茲曼常數(shù)，N .為阿伏加徳羅常數(shù)在外電場作用下，不論極性分子或非極性分子，都會發(fā)生電子云對分 子骨架的相對移動，分子骨架也會發(fā)生形變。這稱為誘導(dǎo)極化或變形極化。 用摩爾誘導(dǎo)極化度P誘導(dǎo)來衡量。顯然P誘導(dǎo)可分為二項(xiàng)，即電子極化度P電子和原子極化度P原子，因此P誘導(dǎo)=P電子+P原子。P誘導(dǎo)與外電場 強(qiáng)度成正比，與溫度無關(guān)。如果外電場是交變場，極性分子的極化情況則與交變場的頻率有關(guān)。當(dāng)處于頻率小于101os-1的低頻電場或靜電場中，極性分子所產(chǎn)生的摩爾極化度p是轉(zhuǎn)向極化、電n毀化和原r極化的總禮P二P專向電子P原子（18-3）當(dāng)頻率增加到10121014的中頻（紅

4、外頻率）時(shí)，電子的交變周期小于分 子偶極矩的松弛時(shí)間，極性分子的轉(zhuǎn)向運(yùn)動跟不上電場的變化，即極性分 子來不及沿電場方向定向，故p轉(zhuǎn)向=0,此時(shí)極性分子的摩爾極化度等于摩爾誘導(dǎo)極化度P秀導(dǎo)。當(dāng)交變電場的頻率進(jìn)一步增加到1015秒-1的高頻（可見光和紫外頻率）時(shí)，極向分子的轉(zhuǎn)向運(yùn)動和分子骨架變形都跟不上電場的變化。此時(shí)極性分子的摩爾極化度等于電子極化度P電子：因此，原則上只要在低頻電場下測得極性分子的摩爾極化度P，在紅外頻率下測得極性分子的摩爾誘導(dǎo)極化度P誘導(dǎo)，兩者相減得到極性分子摩爾轉(zhuǎn)向極化度P轉(zhuǎn)向，然后代入（18-2）式就可算出極性分子的永久偶極矩 來円（2）極化度的測定：克勞修斯、莫索和德拜

5、從電磁場理論得到了摩爾 極化度P與介電常數(shù)之間的關(guān)系式：(18-4)式中，M為被測物質(zhì)的分子量；為該物質(zhì)在TK下的密度；可以通過實(shí)驗(yàn)測定但（II -29-4）式是假定分子與分子間無相互作用而推導(dǎo)得到的。所以它 只適用于溫度不太低的氣相體系，對某些物質(zhì)甚至根本無法獲得氣相狀 態(tài)。因此后來提出了用一種溶液來解決這一困難。溶液法的基本想法是， 在無限稀釋的非極性溶劑的溶液中，溶質(zhì)分子所處的狀態(tài)和氣相時(shí)相近， 于是無限稀釋溶液中溶質(zhì)的摩爾極化度p2:,就可以看作為（18-4）式中的P海臺斯納特疔先利用稀釋溶液的近似公式。(18-5)(18-6)溶二；1（1伙2）L 八（1X2）再根據(jù)溶液的加和性，推導(dǎo)

6、出無限稀釋時(shí)溶頂摩爾極化度的公式:P = P2P2=X7卅弓回)上述（18-5）、（18-6）、（18-7）式中，:溶、亍溶是溶液的介電電常數(shù)和密度; M2、X2是溶質(zhì)的分子量和摩爾分子數(shù)； 1、Pi、Mi分別是溶劑的介電常 數(shù)、密度和分子量；a、B是分別與:溶X 2和，溶-X2直線斜率有關(guān)的 常數(shù)。上面已經(jīng)提到，在紅外頻率的電場下，可以測得極性分子摩爾誘導(dǎo)極 化度P誘導(dǎo)=F電子F原子。但是在實(shí)驗(yàn)上由于條件的限制，很難做到這一點(diǎn)。 所以一般總是在高頻電場下測定極性分子的電子極化度P電子：根據(jù)光的電磁理論，在同一頻率的高頻電場作用下，透明物質(zhì)的介電 常數(shù):與折光率n的關(guān)系為：；二n2(18-8)

7、習(xí)慣上用摩爾折射度R2來表示高頻區(qū)測得的極化度，而此時(shí)，P轉(zhuǎn)向二0， P原子二0 .2則 R2 十電子二 n2 _1 M(18-9)n2 +2 P亦稀溶液情況下，還存衣近似公式：n溶二山(1 X2)同樣，從(18-9)式可以推導(dǎo)得無限稀釋時(shí)，溶質(zhì)的摩爾折射度的公式：P電子=R：(18-11)X2 02(n2) 1上述(18-10)、(18-11)式中，n溶是溶液的折射率，n1是溶劑的折射率，丫是 與n溶 -X2 11線斜率有關(guān)的常數(shù)“(3) 偶極矩的測定：考慮到原子極化度通常只有電子極化度的5%15%，而且F轉(zhuǎn)向又比P原子大孤瓠故常常忽紐原I：極化度。從(18-2)、(18-3)、(18-7)

8、和(18-11)式可得(18-12)上式把物質(zhì)分子的微觀性質(zhì)偶極矩和它的宏觀性質(zhì)介電常數(shù)、密度、 折射率聯(lián)系起來，分子的永久偶極矩就可用下面簡化式計(jì)算：J = 0.0128 , (P2： - R2 )T二 0.0426 1030、P2 - R2 (C m) (18-13)在某種情況下，若需要考慮P原子影響時(shí)，只需對R2作部分修正就行了 上述測求極性分子偶極矩的方法稱為溶液法。溶液法測溶質(zhì)偶極矩與 氣相測得的真實(shí)值間存在偏差。造成這種現(xiàn)象的原因是由于非極性溶劑與 極性溶質(zhì)分子相互間的作用一“溶劑化”作用。這種偏差現(xiàn)象稱為溶劑法 測量偶極矩的“溶劑效應(yīng)”。羅斯和賽奇等人曾對溶劑效應(yīng)開展了研究， 并

9、推導(dǎo)出校正公式。有興趣的讀者可閱讀復(fù)旦大學(xué)等編物理化學(xué)實(shí)驗(yàn) 下冊參考資料5。此外測定偶極矩的方法還有多種，如溫度法、分子束法、分子光譜法及利用微波譜的斯諾克法等。這里就不一一介紹(4) 介電常數(shù)的測定：介電常數(shù) 是逋過測走電容計(jì)算両得扒我們知道，如果在電容器的兩個(gè)極板間充以某種電解質(zhì)，電容器的電 容量就會增大。如果維持極板上的電荷量不變，那么充電解質(zhì)的電容器二 板間電勢差就會減少。設(shè)Co為極板間處于真空時(shí)的電容量，C為充以電解 質(zhì)時(shí)的電容量，則C與Co之比值稱為該山解質(zhì)的介電常數(shù):(18-14)Co法拉第在1837年就解釋了這一現(xiàn)象，認(rèn)為這是由于電解質(zhì)在電場中極化而引起的。極化作用形成一反向電

10、場，如圖（18-3）所示，因而抵消了一部分外加電場h測定電容的方法一般有電橋法、拍頻法和諧振法，后二者為測定介電 常數(shù)所常用，抗干擾性能好，精度高，但儀器價(jià)格較貴。本實(shí)驗(yàn)中采用電 橋法，選用的儀器為CC6型小電容測定儀。其橋路為變壓器比例臂電橋。 電橋平衡條件是：Cx 七Cx為電容池二極之間的電容，Cs為標(biāo)準(zhǔn)的差動電容器，調(diào)節(jié) Cx，只有 當(dāng)時(shí)，2二。此時(shí)指示放大器的輸出趨近于零（用表頭指示）。Cs值 可以從度盤上直接讀出，Cs俏也即得到.，由于在電橋法測量電路中被測電容 Cx二端都不能接地，因此恒溫介質(zhì) 不能用水。本實(shí)驗(yàn)中采用介電常數(shù)很小的變壓器油。變壓器油從超級溫槽 中用循環(huán)泵壓出，經(jīng)電容

11、池再回入。溫度由超級恒溫槽控制在25 0.1 C,電容池外殼兼作屏蔽之用，并直接插入儀器插孔上，這樣就可以避免人體 對測量的影響。但電容池插在小電容測量儀的插孔上呈現(xiàn)的電容Cx可看作電容池兩電極間的電容Cc和整個(gè)測試系統(tǒng)中的分布電容并聯(lián)所構(gòu)成。即Cx=Co +Cd,顯然，Cc值隨介質(zhì)而異，而Cd是一個(gè)恒定值。如果直接將 Cx值當(dāng)作Cc 值來計(jì)算，就會引進(jìn)誤差。因此，必須先求出Cd值（又稱底值）并在以后的各次測量中給了扣除。測求Cd的力法如卜：用亠個(gè)匚刃卜介電常數(shù)的標(biāo)笊物質(zhì)測fJ血容C1標(biāo)C標(biāo) 乂標(biāo) Cd（n-29-16）上述(n -29-15)、(n -29-16)式中C標(biāo)、c空分別為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

12、和空氣的電容近似地可將c空=Co(n -29-17)因;C標(biāo)g =Co代入(n -29-16)即能算出Cd。3儀器試劑阿貝折光儀1臺容量瓶(10mL)5個(gè)CC 6型小電容測定儀1臺干燥器1只四氯化碳(分析純)乙酸乙酯(分析純)電吹風(fēng)1只電容池1只4實(shí)驗(yàn)步驟c標(biāo)_ c標(biāo)二C標(biāo)- Co(n -29-18)(1)溶液配制：將5個(gè)干燥的容量瓶編號，分別稱量空瓶重。在號空瓶內(nèi)分別加入0.5mL、1.0mL、1.5mL和2.0mL的乙酸乙酯再稱重 然后在15號的5個(gè)瓶內(nèi)加CC14至刻度，再稱重。操作時(shí)應(yīng)注意防止溶 質(zhì)、溶劑的揮發(fā)以及吸收極性較大的水汽。為此，溶液配好后應(yīng)迅速蓋上 瓶塞，并置丁十燥器中。 折

13、光率的測定：用阿貝折光儀測定 CCI4及各配制溶液的折光率, 注意測定時(shí)各樣品需加樣3次対次讀取個(gè)數(shù)押（3）介電常數(shù)的測定 電容CO和Cd的測定。本實(shí)驗(yàn)采用CCI4作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。其介電常數(shù) 的溫度公式為：屯叫=2.238 0.002（t 20）式中的t為恒溫溫度（攝氏溫標(biāo)）。用電吹風(fēng)將電容池二極間空隙吹干， 旋上金屬蓋，將電容池的下插頭（接連內(nèi)電極）插在小電容測量儀的插口 “m” 上，將連接外電極的側(cè)插頭插在“ a”上（見圖18-7）。將小電容測量儀的 電源旋至“檢查”位置，此時(shí)表頭指針的偏轉(zhuǎn)應(yīng)大于紅線，表示電源電壓 正常。否則應(yīng)調(diào)換作為電源的干電池，使指針偏轉(zhuǎn)正常。然后把電源旋鈕 轉(zhuǎn)到“測試

14、”檔，倍率旋鈕轉(zhuǎn)到位置“ 1”。調(diào)節(jié)靈敏度旋鈕，使表頭指針 有一定的偏轉(zhuǎn)（靈敏度旋鈕不可一下子開得太大，否則會使指針打出格）.旋轉(zhuǎn)差動電容器旋鈕，尋找電橋的平衡位置 （指針偏向小方向）。繼續(xù)調(diào)節(jié)差 動電容旋鈕和損耗旋鈕，并逐步增大靈敏度，使表頭的指針趨于最小。電 橋平衡后讀出電容值。重復(fù)調(diào)節(jié) 3次，每次使電橋平衡讀取電容值 3次讀 數(shù)的平均值即為c空.再用滴定管吸取CCI4,從金屬蓋的中間加入，使液面 超過二電極，并塞塑料塞，以防止 CCI4揮發(fā)。如上步驟測定電容值。然后 打開金屬蓋，傾去二極間的四氯化碳。（倒在回收瓶中，重新裝樣再次測定 電容值。兩次測定電容讀數(shù)的平均值即為cCc，。將Cd、

15、C、廣 值代入4J溶（18-17）、（18-18）、（18-16）,可解出 C0 和 Cd 值。 測定方法與測純CCI4的方法相同。重復(fù)測定時(shí)，不但要傾去電極間的溶液，還要用電吹風(fēng)將兩極間的空隙吹干。然后復(fù)測C空值。再加入該濃度溶液，測出電容值。兩次測定數(shù)據(jù)的差值應(yīng)小于0.05PF,否則要繼續(xù)復(fù)測。所測電容讀數(shù)取平均值，減去Cd，即為溶液電容的值C汁。由于溶溶液濃度易揮發(fā)而改變，故加樣時(shí)動作要迅速。加樣后塑料塞要塞緊。5數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算四氯化碳(CCI4)的密度?1和各溶液的密度溶及摩爾分?jǐn)?shù)X2。M cciq - 153.8MCH3COOC2H5= 88.11編號項(xiàng)目12345瓶重(g)(瓶

16、+酯)重(g)(瓶十溶液)重(g)(酯重)(g)(瓶容積)(mL)四氯化碳重(g)密度(g/mL)摩爾分?jǐn)?shù)X(2)四氯化碳及各溶液的折光率n：折光率編號12345n_n =n(3)計(jì)算Co、Cd及各溶液的介電常數(shù) :Co =Cd =電容及介電常數(shù)12345ClC1 作 X圖，由直線斜率求得a； 作p X圖，由直線斜率求得B； 作n X圖，由直線斜率求得丫 ；(5)；?1、；i（3值代入（II -29-7）式，求得P氏I 、；i ，3、丫值代入（11）式，求得R2：:i(6)值代入（I -29-13）式計(jì)算乙酸乙酯的永久偶極矩 卩。6 思考題試分析本實(shí)驗(yàn)中誤差的主要來源，如何改進(jìn) ？As of

17、Microsoft? Internet Explorer 4.0, you can applmultimedia-style effects toyour Web pages using visual filters and transitions. You can apply visual filters and transitions to standard HTML controls, such as textcontainers, images, and other windowless objects. Transitions are time-varying filters tha

18、t create a transition from one visual state to another. By combining filters and transitions with basic scripting, you can create visually engaging and interactive documents .I nternet Explorer 5.5 and later supports a rich variety of optimized filters. Click the following button to see a demonstrat

19、ion of many of these filters and how to usetheProcedural surfaces are colored surfaces that display between the content of an object and the objects background. Procedural surfaces define each pixels RGB color and alpha values dynamically. Only the procedure used to compute the surface is stored in memory. The content of an object with a procedural surface applied is not affected by the procedural surface. 警告： 此類已序列化的對象將不再與以后的Swing 版本兼容。 當(dāng)前的序列化支持適合在運(yùn)行相同S