大学物理化学实验报告-溶液法测定极性分子的偶极距

物理化学实验报告

院系化学化工学院

班级化学061

学号13

姓名沈建明

实验名称 溶液法测定极性分子的偶极距 日期 2009.3.26 同组者姓名 史黄亮 室温 17.86℃ 气压 101.21kPa 成绩

一、目的和要求

1、了解偶极距与分子电性质的关系；

2、掌握溶液法测定偶极距的试验技术；

3、用溶液法测定乙酸乙酯的偶极距。

二、基本原理 1. 偶极矩和极化度

分子的极性可以用“偶极矩”来度量。其定义为

（1）

q 为正、负电荷中心所带电荷量，d 为正、负电荷中心距离。 是向量，

其方向规定从正到负。

若将极性分子置于均匀电场E 中，则偶极矩在电场的作用下趋向电场方

向排列，分子被极化，极化的程度可用摩尔转向极化度P 转向来衡量：

（2）

在外电场作用下，不论永久偶极为零或不为零的分子都会发生电子云对分

子骨架的相对移动，分子骨架也辉因电场分布不均衡发生变形。用摩尔变形极化度P 变形来衡量：

P 变形 ＝ P 电子 ＋ P 原子 （3）

分子的摩尔极化度：

P ＝ P 转向 ＋P 变形 = P 转向 ＋P 电子 ＋P 原子 (4)

d

q μ⋅=2

4μP =πL 9kT

转向

μ

该式适用于完全无序和稀释体系（互相排斥的距离远大于分子本身大小的

体系），即温度不太低的气相体系或极性液体在非极性溶剂中的稀溶液。 在中频场中转向P = 0。则P ＝P 电子 ＋P 原子 （5） 在高频场中原子P =0 则P ＝P 电子 （6） 因此，原则上只要在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度P ，在红外频率下测得极性分子的摩尔诱导极化度诱导P ，两者相减得到极性分子的摩尔转向极化度转向P ，然后代人（2）式就可算出极性分子的永久偶极矩μ来。

2、极化度的测定

首先利用稀溶液的近似公式

()211x αεε+=溶 （7） ()211x βρρ+=溶 （8）

再根据溶液的加和性，推导出无限稀释时溶质摩尔极化度的公式

()1

1

2111

1

211

20

22123lim 2ρβεερεαεM M M P P P x -⋅

+-+

⋅

+=

==→∞ （9） 根据光的电磁理论，在同一频率的高频电场作用下，透明物质的介电常数

ε与折光率n 的关系为 2n =ε 因为此时转向P = 0，原子P =0，则

R 2 =电子P = ρ

M

n n ⋅+-2122 （10） 在稀溶液情况下也存在近似公式

()211x n n γ+=溶 （11）

同样，从（9）式可以推导得无限稀释时溶质的摩尔折射度的公式 电子

P ()

1

2211211122121202

2621lim 2ργ

ρβ++-⋅+-===→∞

n M n M M n n R R x （12） 从（2）、（4）、（9）和（12）式可得

转向

P kT

L R

P

22

2

94μπ=-=∞∞ 即

()

m C T

R P

⋅-⨯=∞∞

-2230

1004274.0μ

3、介电常数的测定

介电常数是通过测定电容计算而得。设C 0为电容器极板间处于真空时的电

容量，C 为充以电介质时的电容量，则C 与C 0之比值ε称为该电介质的介电常数

0C C x

x ==

εεε = C/C 空 （13） 用小型电容仪测得的电容Cx 包括样品电容C 样和电容池Cd

Cx ＝ C 样 ＋ C d （14）

测得Cd 的方法如下。用一已知介电常数ε标的标准物质测定电容为C 标’，再测电容器中不放样品时的电容C 空’，近似取C 0 ＝ C 空

C 标’ = C 标’ + C d C 空’ = C 空’ + C d （15） 由（13）（14）（15）三式即可求得C d 和C 空

三、仪器、试剂

PCM-1A 型介电常数测量仪 无水酒精 WAY-2S 阿贝折射仪 乙酸乙酯(A.R.)

电吹风、分析天平 四氯化碳(A.R.) 150ml 容量瓶6只 10ml 小容量瓶1只 2ml 移液管7支 胶头滴管、小烧杯若干

四、实验步骤 Ⅰ.前期准备

① 取一只10ml 的小容量瓶，用蒸馏水洗净，再用无水乙醇润洗后放入烘箱

中干燥；

② 重量法配制摩尔浓度大约为5%、8%、10%、12%、15%、20%的乙酸乙

酯的四氯化碳溶液，依次装入6只150ml容量瓶中，并贴好标签；

Ⅱ.测定

①对干燥好的小容量瓶承重，取3次的平均值；

②用被测溶液将干燥的小容量瓶装满，立即称取其总质量(因溶液易挥发，

取第一次较稳定的值的为准)；

③用胶头滴管取适量小容量瓶中的溶液，测定其折光率，取3次的平均值；

④用PCM-1A型介电常数测量仪测定空气的电容值，取2次的平均值；

⑤用2ml的移液管移取2ml溶液，装入PCM-1A型介电常数测量仪，测量

其电容值，取2次的平均值；

⑥将小容量瓶中剩余的溶液倒回盛该溶液的大容量瓶中(因为溶液是与其

他组共用的)；

⑦依次测定各不同浓度的溶液，两次测定间用后测的溶液润洗小容量瓶(测

定从低浓度到高浓度)；

⑧另外，将小容量瓶装满蒸馏水，测定其总质量；测定纯四氯化碳的折光

率和电容。

五、原始数据

溶质摩尔百分比约值

m乙酸乙酯/g 3.1657 5.2279 6.7852 7.2160 9.3032 12.5157

m四氯化碳/g 96.4562 94.6544 93.2057 92.8304 90.9903 87.4660

1 1.4579 1.4537 1.4513 1.4506 1.4479 1.4429 1.4627

折光率 2 1.4576 1.4535 1.4515 1.4504 1.4480 1.4430 1.4628

3 1.4579 1.4536 1.4515 1.4507 1.4478 1.4430 1.4627

空气电容/pF 1 8.32 8.71 9.02 9.09 9.40 9.97 7.76 4.32

2 8.32 8.7

3 9.03 9.10 9.42 9.98 7.73 4.33

水m总/g 26.6824 26.4241 26.2446 26.2258 25.9512 25.5602 21.0455 m0=(10.9598+10.9601+10.9612)/3 = 10.9604 g

T= 17.86 ℃M乙酸乙酯= 88.11 g/mol ρ水= 0.9986207 g/ml

P= 101.21 kPa M四氯化碳= 153.84 g/mol ρ乙酸乙酯= 0.894-0.898 g/ml

ρ四氯化碳= 1.595 g/ml