稀溶液法测定偶极矩实验报告.doc

结构化学实验报告
题目：稀溶液法测定偶极矩
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指导老师：
实验时间：2016年11月21日
稀溶液法测定偶极矩
【实验目的】
掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术
了解偶极矩与分子电性质的关系
测定乙酸乙酯的偶极矩
【实验原理】
偶极矩与极化度
分子结构可以近似地看成是由电子云和分子骨架（原子核及内层电子）所构成。由于空间构型的不同，其正负电荷中心可能重合，也可能不重合。前者称为非极性分子，后者称为极性分子。
1912年德拜提出“偶极矩”的概念来度量分子极性的大小，其定义式为
①
式中，q是正负电荷中心所带的电量；d为正负电荷中心之间的距离；是一个矢量，其方向规定为从正到负。因分子中原子间的距离的数量级为10-10m，电荷的数量级为10-20C，所以偶极矩的数量级是10-30C·m。
通过偶极矩的测定，可以了解分子结构中有关电子云的分布和分子的对称性，可以用来鉴别几何异构体和分子的立体结构等。
极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩指向某个方向的机会均等。所以偶极矩的统计值等于零。若将极性分子置于均匀的电场E中，则偶极矩在电场的作用下，趋向电场方向排列。这时称这些分子被极化了。极化的程度可以用摩尔转向极化度Pμ来衡量。Pμ与永久偶极矩μ的平方成正比，与绝对温度T成反比。
②
式中，k为波兹曼常数；NA为阿弗加德罗常数；T为热力学温度；μ为分子的永久偶极矩。
在外电场作用下，不论极性分子或非极性分子，都会发生电子云对分子骨架的相对移动，分子骨架也会发生形变。这称为诱导极化或变形极化。用摩尔诱导极化度P诱导来衡量。显然，P诱导可分为两项，即电子极化度Pe和原子极化度Pa，因此
P诱导 = Pe + Pa③
如果外电场是交变场，极性分子的极化情况则与交变场的频率有关。当处于频率小于1010HZ的低频电场或静电场中，极性分子所产生的摩尔极化度P是转向极化、电子极化和原子极化的总和。
P = Pμ+ Pe +Pa④
如何从测得的摩尔极化度P中分别出Pμ的贡献呢？介电常数实际上是在107HZ一下的频率测定的，测得的极化度为 Pμ+ Pe +Pa。若把频率提高到红外X围，分子已经来不及转向，此时测得的极化度只有Pe和Pa的贡献了。所以从按介电常数计算的P中减去红外线频率X围测得的极化，就等于Pμ，在实验上，若把频率提高到可见光X围，则原子极化也可以忽略，则在可见光X围：
Pμ =P -( Pe +Pa) ≈ P - Pe⑤
2. 摩尔极化度的计算
摩尔极化度P与介电常数 ε 之间的关系式为
⑥
式中，M为被测物质的摩尔质量；ρ 为该物质的密度；ε 是介电常数。
但式⑥是假定分子与分子间没有相互作用而推导得到的。所以它只适用于温度不大低的气相体系，对某种物质甚至根本无法获得气相状态。后来就提出了用一种溶液来解决这一困难。溶液法的基本想法是，在无限稀释的非极性溶剂中，溶质分子所处的状态和气相时相近，于是无限稀释溶液中的溶质的摩尔极化度可以看作是式⑥中的P。
在稀溶液中，若不考虑极性分子间相互作用和溶剂化现象，溶剂和溶质的摩尔极化度等物理量可以被认为是具有可加性。因此，式⑥可以写成：
⑦
式中