乙醇偶極矩測定

乙醇偶極矩的測定摘要：實驗通過測定乙醇的環(huán)己烷溶液的折射率及電容，得到了折射率、介電常數(shù)與摩爾分數(shù)的線性關系。再利用Guggenheim和Smith改進的極化度與介電常數(shù)之間的關系式，求出了乙醇的偶極矩。關鍵字：乙醇折射率介電常數(shù)極化率1引言分子由于其空間構型不同其正負電荷中心可以重合，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。偶極矩是物理學中的重要性質，常用來判斷分子的空間構型?？梢耘袛喾肿觾仍优帕械膸缀涡螤?，化學鍵之間的角度，而且在有機化學理論上也很重要。本實驗通過測量稀溶液的折射率和電容，計算偶極矩。2實驗2.1實驗原理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，方向由正電荷到負電荷。偶極矩定義為正負電荷中國心所帶的電荷量q與正負電荷中心之間的距離d的乘積：R=q-d偶極矩的單位習慣上用德拜表示，記為D，它與國際單位C.m的關系為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。由于分子熱運動，偶就指向各個方向的機會相同，所以偶極矩的統(tǒng)計值等于零。若將其置于電場E中則偶極矩在電廠的作用下會趨向沿電場方向排歹U，則成為分子被極化。分子的極化程度可用摩爾轉向極化度P轉向來衡量。4 口2P轉向=3nNA3KT式中，K為玻爾茲曼常數(shù)，NA為阿伏伽德羅場數(shù)。在外電場作用下，所有分子都會發(fā)生電子云對分子骨架的相對移動，分子骨架也會因電廠分布不均衡發(fā)生變形，從而發(fā)生誘導極化或變形極化。極化程度用摩爾誘導計劃程度P誘導來衡量，P誘導由電子計劃程度P電子和原子極化程度P原子組成。即P誘導=P電子+P原子 '當分子處于頻率小于10-10S-1的低頻電場或靜電場中，極性分子所產(chǎn)生的摩爾轉向計劃度P，是轉向極化、電子極化和原子極化的總和：P=P轉向+P電子+P原子在紅外頻率時，P轉向=0，在高頻時P轉向=0且P原子=0。因此，只需在低頻電場下測得極性分子的摩爾極化度P，在紅外頻率下測得摩爾誘導極化度P誘導，兩者相減季得到極性分子的摩爾轉向極化度P轉向，代入公式即可算的永久偶極矩R「2.1.2極化度的測定克勞修斯、莫索蒂和德拜從電磁理論得到了P與介電常數(shù)8之間的關系式，該關系式假定分子與分子之間無相互作用：8-1M『?；M為被測物質的分子量，p是該物質在T(K)時的密度，8由實驗來測定。為了省去溶液密度的測量，該公式被改進如下：

27KT M。I頑畫M27KT M。I頑畫M(as-an)A11an分別如下得到：W2=溶質質量/溶液質量，在稀溶液中，溶液的介電常數(shù)￡12設W2為溶質的質量分數(shù)及折射率的平方n122與W2有線性關系：￡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)的測定介電常數(shù)通過測定電容器在不同戒指中的電容量的到：CC為充以電解質時的電容，C0為真空時的電容。通?？諝怆娙萁咏?，介電常數(shù)課表達為：C

￡=空實驗用電橋法測電容，所用儀器為數(shù)字小電容測試儀，將待測樣品放在電容池的樣品池中測量，但小電容儀所測的Cx實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應從Cx中扣除Cd。方法如下：用一已知介電常數(shù)￡標的標準物質測得電容為C標，再測電容器不放樣品時的電容C空'，近似取C0=C空，可以導出：暗空—E-1工 工暗空—E-1￡標-1C,'-C，2.2實驗儀器阿貝折光儀，數(shù)字小電容測試儀和電容池，移液管，滴管，洗耳球，吹風機。2.3實驗步驟2.3.1繪制n2-W曲線按照下表，準確配置乙醇的環(huán)己烷溶液。并測量折光率。在阿貝折光儀上測定上述溶液的折光率n，測定兩次。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測定樣品的電容打開數(shù)字小電容測試儀，并預熱5min。電容池插座與電容池的”外電極“連接，”電容池“插座與電容池的內電極連接。采零，消除系統(tǒng)的零位漂移。測量空氣介質的電容。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。測量標準物質電容。用環(huán)己烷做標準物質，sr環(huán)與t的關系為：￡「=2.023-0.0016(t/0c-20)吹干樣品池，加入環(huán)己烷，使內外液面浸沒內外電極，但不接觸蓋子，蓋上蓋子，連接”外

電極"插座，讀取電容值。重新裝樣再次測量，三次讀數(shù)的平均值即為C標。5.用上述方法測量樣品的電容，每個樣品測量三次，取其平均值即為匕’。測量完畢所有樣品后再測空氣的電容。 X3結果及討論溫度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溶液的質量分數(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。測量標準物質環(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-!空=4.42-2.37=2.05d空￡_-1編號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討論實驗值與理論值的偏差來自于儀器測量的不精確，以及實驗數(shù)據(jù)處理的粗略。