乙醇偶極矩測(cè)定

乙醇偶極矩的測(cè)定摘要：實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定乙醇的環(huán)己烷溶液的折射率及電容，得到了折射率、介電常數(shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的線性關(guān)系。再利用Guggenheim和Smith改進(jìn)的極化度與介電常數(shù)之間的關(guān)系式，求出了乙醇的偶極矩。關(guān)鍵字：乙醇折射率介電常數(shù)極化率1引言分子由于其空間構(gòu)型不同其正負(fù)電荷中心可以重合，也可以不重合，前者稱為非極性分子，后者稱為極性分子，分子的極性可用偶極矩來表示。偶極矩是物理學(xué)中的重要性質(zhì)，常用來判斷分子的空間構(gòu)型。可以判斷分子內(nèi)原子排列的幾何形狀，化學(xué)鍵之間的角度，而且在有機(jī)化學(xué)理論上也很重要。本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)量稀溶液的折射率和電容，計(jì)算偶極矩。2實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)原理2.1.1偶極矩與極化度偶極矩是表示分子中電荷分布情況的物理量。其大小可以度量分子的極性，方向由正電荷到負(fù)電荷。偶極矩定義為正負(fù)電荷中國(guó)心所帶的電荷量q與正負(fù)電荷中心之間的距離d的乘積：R=q-d偶極矩的單位習(xí)慣上用德拜表示，記為D，它與國(guó)際單位C.m的關(guān)系為1D=1*10-18靜電單位.厘米=3.334*10-30C.m極性分子具有永久偶極矩。由于分子熱運(yùn)動(dòng)，偶就指向各個(gè)方向的機(jī)會(huì)相同，所以偶極矩的統(tǒng)計(jì)值等于零。若將其置于電場(chǎng)E中則偶極矩在電廠的作用下會(huì)趨向沿電場(chǎng)方向排歹U，則成為分子被極化。分子的極化程度可用摩爾轉(zhuǎn)向極化度P轉(zhuǎn)向來衡量。4 口2P轉(zhuǎn)向=3nNA3KT式中，K為玻爾茲曼常數(shù)，NA為阿伏伽德羅場(chǎng)數(shù)。在外電場(chǎng)作用下，所有分子都會(huì)發(fā)生電子云對(duì)分子骨架的相對(duì)移動(dòng)，分子骨架也會(huì)因電廠分布不均衡發(fā)生變形，從而發(fā)生誘導(dǎo)極化或變形極化。極化程度用摩爾誘導(dǎo)計(jì)劃程度P誘導(dǎo)來衡量，P誘導(dǎo)由電子計(jì)劃程度P電子和原子極化程度P原子組成。即P誘導(dǎo)=P電子+P原子 '當(dāng)分子處于頻率小于10-10S-1的低頻電場(chǎng)或靜電場(chǎng)中，極性分子所產(chǎn)生的摩爾轉(zhuǎn)向計(jì)劃度P，是轉(zhuǎn)向極化、電子極化和原子極化的總和：P=P轉(zhuǎn)向+P電子+P原子在紅外頻率時(shí)，P轉(zhuǎn)向=0，在高頻時(shí)P轉(zhuǎn)向=0且P原子=0。因此，只需在低頻電場(chǎng)下測(cè)得極性分子的摩爾極化度P，在紅外頻率下測(cè)得摩爾誘導(dǎo)極化度P誘導(dǎo)，兩者相減季得到極性分子的摩爾轉(zhuǎn)向極化度P轉(zhuǎn)向，代入公式即可算的永久偶極矩R「2.1.2極化度的測(cè)定克勞修斯、莫索蒂和德拜從電磁理論得到了P與介電常數(shù)8之間的關(guān)系式，該關(guān)系式假定分子與分子之間無相互作用：8-1M『?；M為被測(cè)物質(zhì)的分子量，p是該物質(zhì)在T(K)時(shí)的密度，8由實(shí)驗(yàn)來測(cè)定。為了省去溶液密度的測(cè)量，該公式被改進(jìn)如下：

27KT M。I頑畫M27KT M。I頑畫M(as-an)A11an分別如下得到：W2=溶質(zhì)質(zhì)量/溶液質(zhì)量，在稀溶液中，溶液的介電常數(shù)￡12設(shè)W2為溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及折射率的平方n122與W2有線性關(guān)系：￡12=￡1+asW2

n122=n12+anW2其中"和n1分別為溶劑的介電常數(shù)和折射率。2.1.3介電常數(shù)的測(cè)定介電常數(shù)通過測(cè)定電容器在不同戒指中的電容量的到：CC為充以電解質(zhì)時(shí)的電容，C0為真空時(shí)的電容。通常空氣電容接近1，介電常數(shù)課表達(dá)為：C

￡=空實(shí)驗(yàn)用電橋法測(cè)電容，所用儀器為數(shù)字小電容測(cè)試儀，將待測(cè)樣品放在電容池的樣品池中測(cè)量，但小電容儀所測(cè)的Cx實(shí)際上包括了樣品電容C樣和電容池的分布電容?！阇。即：X Cx=C樣+Cd應(yīng)從Cx中扣除Cd。方法如下：用一已知介電常數(shù)￡標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)得電容為C標(biāo)，再測(cè)電容器不放樣品時(shí)的電容C空'，近似取C0=C空，可以導(dǎo)出：暗空—E-1工 工暗空—E-1￡標(biāo)-1C,'-C，2.2實(shí)驗(yàn)儀器阿貝折光儀，數(shù)字小電容測(cè)試儀和電容池，移液管，滴管，洗耳球，吹風(fēng)機(jī)。2.3實(shí)驗(yàn)步驟2.3.1繪制n2-W曲線按照下表，準(zhǔn)確配置乙醇的環(huán)己烷溶液。并測(cè)量折光率。在阿貝折光儀上測(cè)定上述溶液的折光率n，測(cè)定兩次。平行數(shù)據(jù)間差值不超過0.0003。溶液/mL5.05.05.05.05.05.0乙醇/mL00.10.20.30.40.5環(huán)己烷/mL5.04.94.84.74.64.52.3.2測(cè)定樣品的電容打開數(shù)字小電容測(cè)試儀，并預(yù)熱5min。電容池插座與電容池的”外電極“連接，”電容池“插座與電容池的內(nèi)電極連接。采零，消除系統(tǒng)的零位漂移。測(cè)量空氣介質(zhì)的電容。連按，外電極"插座，穩(wěn)定后讀取電容值。拔下插座，回零，再連接”外電極“插座，讀取電容值。三次電容讀數(shù)的平均值即為C空‘。三次讀數(shù)相差不超過0.05PF。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)電容。用環(huán)己烷做標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，sr環(huán)與t的關(guān)系為：￡「=2.023-0.0016(t/0c-20)吹干樣品池，加入環(huán)己烷，使內(nèi)外液面浸沒內(nèi)外電極，但不接觸蓋子，蓋上蓋子，連接”外

電極"插座，讀取電容值。重新裝樣再次測(cè)量，三次讀數(shù)的平均值即為C標(biāo)。5.用上述方法測(cè)量樣品的電容，每個(gè)樣品測(cè)量三次，取其平均值即為匕’。測(cè)量完畢所有樣品后再測(cè)空氣的電容。 X3結(jié)果及討論溫度T=25.40C3.1n2-W曲線（乙醇d20=0.789,環(huán)己烷d25=0.7739）編號(hào)012345溶液/mL5.05.05.05.05.05.0乙醇/mL00.10.20.30.40.5環(huán)己烷/mL5.04.94.84.74.64.5溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W00.02040.04070.06110.08140.102折射率n12’1.42321.42201.42051.41941.41701.4151折射率n12”1.42311.42191.42041.41961.41721.4153折射率n121.42321.42201.42051.41951.41711.41522.0252.0222.0182.0152.0082.003Value StandardErrorIntercept 2.02652 9.32902E-4則，a=-0.222Slope -0.22197 0.015142.025-2.020-2.015-廠L -2.010-2.005-9nnn■、'\—LinearFitofBnI * 1 * I * 1 1 1 ■ i ■0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10W3.2樣品電容及介電常數(shù)sr環(huán)=2.023-0.0016（t/oc-20）=2.023-0.0016*（25.4-20）=2.014前后測(cè)量2次空氣電容分別為：4.51，4.49,4.49和4.35,4.35,4.34。平均值為4.42。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)環(huán)己烷電容為：6.83，6.82，6.80。平均值為6.82。C‘-C’6.82-4.42C0“空=二=^14T竺37C=C’-C標(biāo)-!空=4.42-2.37=2.05d空￡_-1編號(hào)0123456.836.917.057.267.698.00 6.826.907.047.247.668.04 6.806.907.077.267.678.05C x 6.826.907.057.257.678.03C樣4.774.855.005.205.625.98-￡12 2.012.052.112.192.372.52

繪制S12-W圖如下BLinearFitofB則aBLinearFitofB則as=5.07Adj.R-Square 0.91362ValueStandardErrorB Intercept 1.95148 0.04257B Slope 5.0701 0.69072.3-co"2.2-e0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10W3.3偶極矩27KTM 27*1.38*10—16*298.55 46.07*="4nNd(s+2)2(as-a』=" 4n*6.02*10A23 0.7793(1.4232+2)2(5.07+0.222)靜電單A1'1位.厘米=1.98*10A-18靜電單位.厘米=1.98D3.4討論實(shí)驗(yàn)值與理論值的偏差來自于儀器測(cè)量的不精確，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的粗略。