偶極矩的測定1ppt課件

1、偶極矩的偶極矩的測定測定實驗地點實驗地點:化學樓化學樓608a.用溶液法測定乙酸乙酯的偶極矩用溶液法測定乙酸乙酯的偶極矩;b.明確測定偶極矩的原理和計算方法明確測定偶極矩的原理和計算方法;c.熟悉小電容測定儀的構(gòu)造原理和使用熟悉小電容測定儀的構(gòu)造原理和使用方法。方法。一、實驗目的一、實驗目的 1.偶極矩與極化度偶極矩與極化度 分子呈電中性，但因空間構(gòu)型的不同，分子呈電中性，但因空間構(gòu)型的不同，正負電荷中心可能重合，也可能不重合，正負電荷中心可能重合，也可能不重合，前者為非極性分子，后者稱為極性分子，前者為非極性分子，后者稱為極性分子，分子極性大小用偶極矩分子極性大小用偶極矩來度量，其定義來度量

2、，其定義為：為： =gd。 g為正、負電荷中心所帶的電荷量為正、負電荷中心所帶的電荷量; d是正、負電荷中心間的距離。是正、負電荷中心間的距離。 偶極矩的偶極矩的SI單位是庫侖米單位是庫侖米(Cm)。習慣使用的單位是德拜習慣使用的單位是德拜(D)，1D=3.33810-30Cm。二、二、 基本原理基本原理1.在不存在外電場時，非極性分子雖因振動，正負電荷在不存在外電場時，非極性分子雖因振動，正負電荷中心可能發(fā)生相對位移而產(chǎn)生瞬時偶極矩，但宏觀統(tǒng)計中心可能發(fā)生相對位移而產(chǎn)生瞬時偶極矩，但宏觀統(tǒng)計平均的結(jié)果，實驗測得的偶極矩為零。平均的結(jié)果，實驗測得的偶極矩為零。討論：討論：2.具有永久偶極矩的極

3、性分子，由于分子熱運動的影響，具有永久偶極矩的極性分子，由于分子熱運動的影響，偶極矩在空間各個方向的取向幾率相等，偶極矩的統(tǒng)計偶極矩在空間各個方向的取向幾率相等，偶極矩的統(tǒng)計平均值仍為零，即宏觀上亦測不出其偶極矩。平均值仍為零，即宏觀上亦測不出其偶極矩。3.若將極性分子置于均勻的電場若將極性分子置于均勻的電場E中，則偶極矩在電場的中，則偶極矩在電場的作用下，趨向電場方向排列。這時我們稱這些分子被極作用下，趨向電場方向排列。這時我們稱這些分子被極化了。極化的程度可用摩爾轉(zhuǎn)向極化度化了。極化的程度可用摩爾轉(zhuǎn)向極化度P轉(zhuǎn)向來衡量。轉(zhuǎn)向來衡量。 A.P轉(zhuǎn)向永久偶極矩與轉(zhuǎn)向永久偶極矩與2的值成正比，與絕

4、對溫度的值成正比，與絕對溫度T成反比成反比: KTNA294P轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向NA為阿佛加德羅為阿佛加德羅(Avogadro)常數(shù)常數(shù);K為玻耳茲為玻耳茲(Boltzmann)常數(shù)常數(shù); T為熱力學溫度。為熱力學溫度。B.若將極性分子置于均勻的外電場中，分子將沿電場方若將極性分子置于均勻的外電場中，分子將沿電場方向轉(zhuǎn)動，同時還會發(fā)生電子云對分子骨架的相對移動和向轉(zhuǎn)動，同時還會發(fā)生電子云對分子骨架的相對移動和分子骨架的變形，稱為誘導極化。極化的程度用摩爾極分子骨架的變形，稱為誘導極化。極化的程度用摩爾極化度化度P來度量。來度量。誘導極化誘導極化P是轉(zhuǎn)向極化度是轉(zhuǎn)向極化度(P轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向)、電子極化度、電子極

5、化度(P電子電子)和原子和原子極化度極化度(P原子原子)之和，之和，P =P轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向 + P電子電子 + P原子。原子。P電子電子:電子云的變形；電子云的變形；P原子：原子核骨架的變形；原子：原子核骨架的變形；P轉(zhuǎn)向：永久偶極在電場中的取向。轉(zhuǎn)向：永久偶極在電場中的取向。a.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)。當處于頻率小于關(guān)。當處于頻率小于1010s-1的低頻電場或靜電場中，極性分子所的低頻電場或靜電場中，極性分子所產(chǎn)生的摩爾極化度產(chǎn)生的摩爾極化度P是轉(zhuǎn)向極化、電子極化和原子極化的總和。是轉(zhuǎn)向極化、電子極化和原子

6、極化的總和。 討論：討論：b.當頻率增加到當頻率增加到10121014s-1的中頻的中頻(紅外頻率紅外頻率)時，極性分子的轉(zhuǎn)時，極性分子的轉(zhuǎn)向運動跟不上電場的變化，即極性分子來不及沿電場方向定向，向運動跟不上電場的變化，即極性分子來不及沿電場方向定向，故故P轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動 =0，此時極性分子的摩爾極化度等于摩爾誘導極化度，此時極性分子的摩爾極化度等于摩爾誘導極化度 。當交變電場的頻率進一步增加到當交變電場的頻率進一步增加到1015s-1的高頻的高頻(可見光和紫外頻可見光和紫外頻率率)時，極向分子的轉(zhuǎn)向運動和分子骨架變形都跟不上電場的變化。時，極向分子的轉(zhuǎn)向運動和分子骨架變形都跟不上電場的變化。此時極

7、性分子的摩爾極化度等于電子極化度此時極性分子的摩爾極化度等于電子極化度P電子。電子。 c.因此因此,只要在低頻電場下測得極性分子的摩爾極化度，在紅外頻只要在低頻電場下測得極性分子的摩爾極化度，在紅外頻率下測得極性分子的摩爾誘導極化度率下測得極性分子的摩爾誘導極化度 ，兩者相減得到極性分子摩，兩者相減得到極性分子摩爾轉(zhuǎn)向極化度，然后就可算出極性分子的永久偶極矩來。爾轉(zhuǎn)向極化度，然后就可算出極性分子的永久偶極矩來。 C.克勞修斯、莫索和德拜從電磁場理論得到了摩爾極化度與克勞修斯、莫索和德拜從電磁場理論得到了摩爾極化度與介電常數(shù)介電常數(shù)之間的關(guān)系式：之間的關(guān)系式： M為被測物質(zhì)的分子量；為被測物質(zhì)的

8、分子量； d為該物質(zhì)在為該物質(zhì)在TK下的密度；下的密度； 可以通過實驗測定。可以通過實驗測定。 dM21P 此公式假定分子與分子間無相互作用而推導得到的。所此公式假定分子與分子間無相互作用而推導得到的。所以它只適用于溫度不太低的氣相體系。因此后來提出了用一以它只適用于溫度不太低的氣相體系。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)和氣相時相近，的非極性溶劑的溶液中，溶質(zhì)分子所處的狀態(tài)和氣相時相近，于是無限稀釋溶液中溶質(zhì)的摩爾極化度于是無限稀釋溶液中溶質(zhì)的摩爾極化度P2, ，就

9、可以看作，就可以看作為為P。 E.海德斯特蘭首先利用稀釋溶液的近似公式。海德斯特蘭首先利用稀釋溶液的近似公式。 )1)12121XdX（1212dD.溶液的極化度具有加和性。溶液的極化度具有加和性。221112PxPxP2111111222111212212121xdxMdxMxMP1121111211021)2(3lim2dMMdMx2,PF.根據(jù)光的電磁理論，在同一頻率的高頻電場作用下，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)與折射率的關(guān)系為：透明物質(zhì)的介電常數(shù)與折射率的關(guān)系為：2n習慣上用摩爾折射率習慣上用摩爾折射率R2,來表示高頻區(qū)測得的極化度來表示高頻區(qū)測得的

10、極化度 0轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向P0原子PdMnn2122電子電子PR2在稀溶液情況下，還存在近似公式：在稀溶液情況下，還存在近似公式： )1 (21Xn12n1221121112212120電子)2(621lim2dnMndMMnnRX2,RPKTNA294P轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向G.如何求偶極矩如何求偶極矩?KTNA2942,2,RP)()(0128. 0)()(10426. 0)(49, 2, 2, 2, 230, 2, 2DTRPmCTRPTRPNKA2.介電常數(shù)的測定介電常數(shù)的測定oCCA.分布電容分布電容a.CdddCCCCCC空空氣氣測測空空氣氣溶溶液液測測溶溶液液b.Cd的標的標定定1. 5)200016

11、. 0023. 2. 4. 3. 2. 1,標準標準測測標準標準測測空氣空氣標準標準環(huán)己烷環(huán)己烷標準標準空氣空氣標準標準標準標準空氣空氣測測空氣空氣標準標準測測標準標準（CCCtCCCCCCCCdddc. C的測定的測定ddCCCCCC測測空氣空氣空氣空氣測測溶液溶液溶液溶液B.介電常數(shù)介電常數(shù)空氣空氣CCCCo三、儀器與藥品三、儀器與藥品 1.儀器儀器 小電容測量儀小電容測量儀1臺臺;阿貝折射儀阿貝折射儀1臺臺;比輕計比輕計1只只;滴瓶滴瓶5只只;滴管滴管1只。只。 2.藥品藥品 環(huán)己烷環(huán)己烷(分析純分析純);乙酸乙酯乙酸乙酯(分析純分析純)。1溶液配制溶液配制用稱量法配制用稱量法配制0.0

12、10,0.050,0.100,0.150,0.200摩爾分數(shù)摩爾分數(shù)乙酸乙酯的環(huán)已烷溶液各乙酸乙酯的環(huán)已烷溶液各40克。操作時應(yīng)注意防止溶克。操作時應(yīng)注意防止溶質(zhì)、溶劑的揮發(fā)。溶液配好后應(yīng)迅速蓋上瓶蓋。質(zhì)、溶劑的揮發(fā)。溶液配好后應(yīng)迅速蓋上瓶蓋。2折射率的測定折射率的測定用阿貝折射儀測出溶液的折射率。測定時各樣品用阿貝折射儀測出溶液的折射率。測定時各樣品需加樣三次，每次取三個數(shù)據(jù)，最后取平均值。需加樣三次，每次取三個數(shù)據(jù)，最后取平均值。 3 溶液密度的測定溶液密度的測定用比輕計測定溶液密度。用比輕計測定溶液密度。四、實驗步驟四、實驗步驟4介質(zhì)常數(shù)的測定介質(zhì)常數(shù)的測定(1)空氣空氣C空的測定空的測定(2)標準物質(zhì)標準物質(zhì)C標的測定標的測定標標 = 2.023 - 0.0016(t-20) (3)酸乙酯酸乙酯環(huán)己烷溶液環(huán)己烷溶液C溶的測定溶的測定五