稀溶液法测定偶极矩.doc

1 华南师范大学实验报告学生姓名学号专业化学(师范) 年级班级课程名称结构化学实验实验项目稀溶液法测定偶极矩实验类型□验证□设计√综合实验时间 2013 年 10月 29日实验指导老师彭彬实验评分【实验目的】 【实验原理】 (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,其定义是 qd ?→μ①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; →μ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 P μ来衡量。 P μ与永久偶极矩μ的平方成正比,与绝对温度T成反比。 2 kT 9 μπN4P Aμ?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 P e和原子极化度 P a, 因此 P 诱导=P e+P a③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 10 10H Z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=P μ+P e +P a④如何从测得的摩尔极化度 P中分别出 P μ的贡献呢?介电常数实际上是在 10 7H Z一下的频率测定的,测得的极化度为 P μ+P e +P a。若把频率提高到红外范围, 分子已经来不及转向,此时测得的极化度只有 P e和P a的贡献了。所以从按介电常数计算的 P中减去红外线频率范围测得的极化,就等于 P μ,在实验上,若把频率提高到可见光范围,则原子极化也可以忽略,则在可见光范围: P μ=P -(P e +P a)≈P-P e⑤ 、莫索和德拜从电磁场理论得到了摩尔极化度 P与介电常数ε之间的关系式。ρ M×+2ε-1ε?P 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。因袭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 3 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