偶極矩的測(cè)定課件

1、偶極矩的偶極矩的測(cè)定測(cè)定實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):化學(xué)樓化學(xué)樓608偶極矩的測(cè)定a.用溶液法測(cè)定乙酸乙酯的偶極矩用溶液法測(cè)定乙酸乙酯的偶極矩;b.明確測(cè)定偶極矩的原理和計(jì)算方法明確測(cè)定偶極矩的原理和計(jì)算方法;c.熟悉小電容測(cè)定儀的構(gòu)造原理和使用熟悉小電容測(cè)定儀的構(gòu)造原理和使用方法。方法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?偶極矩的測(cè)定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，正負(fù)電荷分子呈電中性，但因空間構(gòu)型的不同，正負(fù)電荷中心可能重合，也可能不重合，前者為非極性分子，中心可能重合，也可能不重合，前者為非極性分子，后者稱(chēng)為極性分子，分子極性大小用偶極矩后者稱(chēng)為極性分子，分子極性大小用偶

2、極矩來(lái)度量，來(lái)度量，其定義為：其定義為： =gd。 g為正、負(fù)電荷中心所帶的電荷量為正、負(fù)電荷中心所帶的電荷量; d是正、負(fù)電荷中心間的距離。是正、負(fù)電荷中心間的距離。 偶極矩的偶極矩的SI單位是庫(kù)侖米單位是庫(kù)侖米(Cm)。習(xí)慣使用的單位是德拜習(xí)慣使用的單位是德拜(D)，1D=3.33810-30Cm。二、二、 基本原理基本原理偶極矩的測(cè)定1.在不存在外電場(chǎng)時(shí)，非極性分子雖因振動(dòng)，正負(fù)電荷在不存在外電場(chǎng)時(shí)，非極性分子雖因振動(dòng)，正負(fù)電荷中心可能發(fā)生相對(duì)位移而產(chǎn)生瞬時(shí)偶極矩，但宏觀統(tǒng)計(jì)中心可能發(fā)生相對(duì)位移而產(chǎn)生瞬時(shí)偶極矩，但宏觀統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的偶極矩為零。平均的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的偶極矩為零

3、。討論：討論：2.具有永久偶極矩的極性分子，由于分子熱運(yùn)動(dòng)的影響，具有永久偶極矩的極性分子，由于分子熱運(yùn)動(dòng)的影響，偶極矩在空間各個(gè)方向的取向幾率相等，偶極矩的統(tǒng)計(jì)偶極矩在空間各個(gè)方向的取向幾率相等，偶極矩的統(tǒng)計(jì)平均值仍為零，即宏觀上亦測(cè)不出其偶極矩。平均值仍為零，即宏觀上亦測(cè)不出其偶極矩。3.若將極性分子置于均勻的電場(chǎng)若將極性分子置于均勻的電場(chǎng)E中，則偶極矩在電場(chǎng)的中，則偶極矩在電場(chǎng)的作用下，趨向電場(chǎng)方向排列。這時(shí)我們稱(chēng)這些分子作用下，趨向電場(chǎng)方向排列。這時(shí)我們稱(chēng)這些分子被極被極化化了。極化的程度可用摩爾轉(zhuǎn)向極化度了。極化的程度可用摩爾轉(zhuǎn)向極化度P轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向來(lái)衡量。來(lái)衡量。 偶極矩的測(cè)定A.P轉(zhuǎn)

4、向轉(zhuǎn)向永久偶極矩與永久偶極矩與2的值成正比，與絕對(duì)溫度的值成正比，與絕對(duì)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(xué)溫度。為熱力學(xué)溫度。偶極矩的測(cè)定B.若將極性分子置于均勻的外電場(chǎng)中，分子將沿電場(chǎng)方若將極性分子置于均勻的外電場(chǎng)中，分子將沿電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還會(huì)發(fā)生電子云對(duì)分子骨架的相對(duì)移動(dòng)和向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還會(huì)發(fā)生電子云對(duì)分子骨架的相對(duì)移動(dòng)和分子骨架的變形，稱(chēng)為分子骨架的變形，稱(chēng)為誘導(dǎo)極化誘導(dǎo)極化。極化的程度用摩爾。極化的程度用摩爾極化度極化度P P來(lái)度量。來(lái)度量。誘導(dǎo)極化誘導(dǎo)

5、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：原子核骨架的變形；：原子核骨架的變形；P轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向：永久偶極在電場(chǎng)中的取向。：永久偶極在電場(chǎng)中的取向。偶極矩的測(cè)定a.如果外電場(chǎng)是交變場(chǎng)，極性分子的極化情況則與交變場(chǎng)的頻率有如果外電場(chǎng)是交變場(chǎng)，極性分子的極化情況則與交變場(chǎng)的頻率有關(guān)。當(dāng)處于頻率小于關(guān)。當(dāng)處于頻率小于1010s-1的低頻電場(chǎng)或靜電場(chǎng)中，極性分子所產(chǎn)的低頻電場(chǎng)或靜電場(chǎng)中，極性分子所產(chǎn)生的摩爾極化度生的摩

6、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、電子極化和原子極化的總和。 討論：討論：b.當(dāng)頻率增加到當(dāng)頻率增加到10121014s-1的中頻的中頻(紅外頻率紅外頻率)時(shí)，極性分子的轉(zhuǎn)向時(shí)，極性分子的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)跟不上電場(chǎng)的變化，即極性分子來(lái)不及沿電場(chǎng)方向定向，故運(yùn)動(dòng)跟不上電場(chǎng)的變化，即極性分子來(lái)不及沿電場(chǎng)方向定向，故P轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) =0，此時(shí)極性分子的摩爾極化度等于摩爾誘導(dǎo)極化度，此時(shí)極性分子的摩爾極化度等于摩爾誘導(dǎo)極化度 。當(dāng)。當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率進(jìn)一步增加到交變電場(chǎng)的頻率進(jìn)一步增加到1015s-1的高頻的高頻(可見(jiàn)光和紫外頻率可見(jiàn)光和紫外頻率)時(shí)，極向分子的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)和分子骨架變形都跟不

7、上電場(chǎng)的變化。時(shí)，極向分子的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)和分子骨架變形都跟不上電場(chǎng)的變化。此時(shí)極性分子的摩爾極化度等于電子極化度此時(shí)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(chǎng)下測(cè)得極性分子的只要在低頻電場(chǎng)下測(cè)得極性分子的摩爾極化度摩爾極化度，在紅外，在紅外頻率下測(cè)得極性分子的頻率下測(cè)得極性分子的摩爾誘導(dǎo)極化度摩爾誘導(dǎo)極化度 ，兩者相減得到極性，兩者相減得到極性分子分子摩爾轉(zhuǎn)向極化度摩爾轉(zhuǎn)向極化度，然后就可算出極性分子的，然后就可算出極性分子的永久偶極矩永久偶極矩來(lái)。來(lái)。 偶極矩的測(cè)定C.克勞修斯、莫索和德拜從電磁場(chǎng)理論得到了摩爾極化度與克勞修斯、莫索和德拜從電磁場(chǎng)理論得到了摩爾極

8、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(cè)物質(zhì)的分子量；為被測(cè)物質(zhì)的分子量； 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(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 dM21P 此公式假定分子與分子間無(wú)相互作用而推導(dǎo)得到的。所此公式假定分子與分子間無(wú)相互作用而推導(dǎo)得到的。所以它只適用于以它只適用于溫度不太低的氣相體系溫度不太低的氣相體系。因此后來(lái)提出了。因此后來(lái)提出了用一種溶液來(lái)解決這一困難。溶液法的基本想法是，在無(wú)限用一種溶液來(lái)解決這一困難。溶液法的基本想法是，在無(wú)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)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，

9、于是無(wú)限稀釋溶液中溶質(zhì)的摩爾極化度相近，于是無(wú)限稀釋溶液中溶質(zhì)的摩爾極化度P2, ，就可，就可以看作為以看作為P。 偶極矩的測(cè)定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。221112PxPxP2111111222111212212121xdxMdxMxMP偶極矩的測(cè)定1121111211021)2(3lim2dMMdMx2,PF.根據(jù)光的電磁理論，在同一頻率的高頻電場(chǎng)作用下，根據(jù)光的電磁理論，在同一頻率的高頻電場(chǎng)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

10、數(shù)與折射率的關(guān)系為：2n習(xí)慣上用摩爾折射率習(xí)慣上用摩爾折射率R2,來(lái)表示高頻區(qū)測(cè)得的極化度來(lái)表示高頻區(qū)測(cè)得的極化度 0轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向P0原子PdMnn2122電子電子PR2偶極矩的測(cè)定在稀溶液情況下，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偶極矩的測(cè)定)()(0128. 0)()(10426. 0)(49, 2, 2, 2, 230, 2, 2DTRPmCTRPTRPNKA偶極矩的測(cè)定2.介電常數(shù)的測(cè)定介

11、電常數(shù)的測(cè)定oCCA.分布電容分布電容a.CdddCCCCCC空空氣氣測(cè)測(cè)空空氣氣溶溶液液測(cè)測(cè)溶溶液液偶極矩的測(cè)定b.Cd的標(biāo)定的標(biāo)定1. 5)200016. 0023. 2. 4. 3. 2. 1,標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)測(cè)空氣空氣標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)己烷環(huán)己烷標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)空氣空氣標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)空氣空氣測(cè)測(cè)空氣空氣標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)（CCCtCCCCCCCCddd偶極矩的測(cè)定c. C的測(cè)定的測(cè)定ddCCCCCC測(cè)測(cè)空空氣氣空空氣氣測(cè)測(cè)溶溶液液溶溶液液B.介電常數(shù)介電常數(shù)空氣空氣CCCCo偶極矩的測(cè)定三、儀器與藥品三、儀器與藥品 1.儀器儀器 小電容測(cè)量?jī)x小電容測(cè)量?jī)x1臺(tái)臺(tái);阿貝折射儀阿貝折射儀1臺(tái)臺(tái);比

12、輕計(jì)比輕計(jì)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)。偶極矩的測(cè)定偶極矩的測(cè)定偶極矩的測(cè)定偶極矩的測(cè)定偶極矩的測(cè)定偶極矩的測(cè)定1溶液配制溶液配制用稱(chēng)量法配制用稱(chēng)量法配制0.010,0.050,0.100,0.150,0.200（摩爾分?jǐn)?shù)）（摩爾分?jǐn)?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(shí)應(yīng)注意防止溶克。操作時(shí)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(cè)定折射率的測(cè)定用阿貝折射儀測(cè)出溶液的折射率。測(cè)定時(shí)各樣品用阿貝折射儀測(cè)出溶液的折射率。測(cè)定時(shí)各樣品需加樣三次，每次取三個(gè)數(shù)據(jù)，最后取平均值。需加樣三次，每次取三個(gè)數(shù)據(jù)，最后取平均值。 3 溶液密度的測(cè)定溶液密度的測(cè)定用比輕計(jì)測(cè)定溶液密度。用比輕計(jì)測(cè)定溶液密度。四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟偶極矩的測(cè)定4介質(zhì)常數(shù)的測(cè)定介質(zhì)常數(shù)的測(cè)定(1)空氣空氣C空空的測(cè)定的測(cè)定(2)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)C標(biāo)標(biāo)的測(cè)定的測(cè)定標(biāo)標(biāo) = 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溶溶的測(cè)定的測(cè)定偶極矩的