偶極矩的測定1ppt課件

1、偶極矩的偶極矩的測定測定實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):化學(xué)樓化學(xué)樓608a.用溶液法測定乙酸乙酯的偶極矩用溶液法測定乙酸乙酯的偶極矩;b.明確測定偶極矩的原理和計(jì)算方法明確測定偶極矩的原理和計(jì)算方法;c.熟悉小電容測定儀的構(gòu)造原理和使用熟悉小電容測定儀的構(gòu)造原理和使用方法。方法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?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，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，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，后者稱為極性分子，前者為非極性分子，后者稱為極性分子，分子極性大小用偶極矩分子極性大小用偶極矩來度量，其定義來度量

2、，其定義為：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單位是庫侖米單位是庫侖米(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1.在不存在外電場時(shí)，非極性分子雖因振動，正負(fù)電荷在不存在外電場時(shí)，非極性分子雖因振動，正負(fù)電荷中心可能發(fā)生相對位移而產(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)測得的偶極矩為零。平均的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)測得的偶極矩為零。討論：討論：2.具有永久偶極矩的極

3、性分子，由于分子熱運(yùn)動的影響，具有永久偶極矩的極性分子，由于分子熱運(yùn)動的影響，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，即宏觀上亦測不出其偶極矩。平均值仍為零，即宏觀上亦測不出其偶極矩。3.若將極性分子置于均勻的電場若將極性分子置于均勻的電場E中，則偶極矩在電場的中，則偶極矩在電場的作用下，趨向電場方向排列。這時(shí)我們稱這些分子被極作用下，趨向電場方向排列。這時(shí)我們稱這些分子被極化了。極化的程度可用摩爾轉(zhuǎn)向極化度化了。極化的程度可用摩爾轉(zhuǎn)向極化度P轉(zhuǎn)向來衡量。轉(zhuǎn)向來衡量。 A.P轉(zhuǎn)向永久偶極矩與轉(zhuǎn)向永久偶極矩與2的值成正比，與絕

4、對溫度的值成正比，與絕對溫度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。B.若將極性分子置于均勻的外電場中，分子將沿電場方若將極性分子置于均勻的外電場中，分子將沿電場方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)還會發(fā)生電子云對分子骨架的相對移動和向轉(zhuǎn)動，同時(shí)還會發(fā)生電子云對分子骨架的相對移動和分子骨架的變形，稱為誘導(dǎo)極化。極化的程度用摩爾極分子骨架的變形，稱為誘導(dǎo)極化。極化的程度用摩爾極化度化度P來度量。來度量。誘導(dǎo)極化誘導(dǎo)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

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

6、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)時(shí)，極性分子的轉(zhuǎn)向運(yùn)動跟不上電場的變化，即極性分子來不及沿電場方向定向，向運(yùn)動跟不上電場的變化，即極性分子來不及沿電場方向定向，故故P轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動 =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)交變電場的頻率進(jìn)一步增加到當(dāng)交變電場的頻率進(jìn)一步增加到1015s-1的高頻的高頻(可見光和紫外頻可見光和紫外頻率率)時(shí)，極向分子的轉(zhuǎn)向運(yùn)動和分子骨架變形都跟不上電場的變化。時(shí)，極向分子的轉(zhuǎn)向運(yùn)動和分子骨架變形都跟不上電場的變化。此時(shí)極

7、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,只要在低頻電場下測得極性分子的摩爾極化度，在紅外頻只要在低頻電場下測得極性分子的摩爾極化度，在紅外頻率下測得極性分子的摩爾誘導(dǎo)極化度率下測得極性分子的摩爾誘導(dǎo)極化度 ，兩者相減得到極性分子摩，兩者相減得到極性分子摩爾轉(zhuǎn)向極化度，然后就可算出極性分子的永久偶極矩來。爾轉(zhuǎn)向極化度，然后就可算出極性分子的永久偶極矩來。 C.克勞修斯、莫索和德拜從電磁場理論得到了摩爾極化度與克勞修斯、莫索和德拜從電磁場理論得到了摩爾極化度與介電常數(shù)介電常數(shù)之間的關(guān)系式：之間的關(guān)系式： M為被測物質(zhì)的分子量；為被測物質(zhì)的

8、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； 可以通過實(shí)驗(yàn)測定。可以通過實(shí)驗(yàn)測定。 dM21P 此公式假定分子與分子間無相互作用而推導(dǎo)得到的。所此公式假定分子與分子間無相互作用而推導(dǎo)得到的。所以它只適用于溫度不太低的氣相體系。因此后來提出了用一以它只適用于溫度不太低的氣相體系。因此后來提出了用一種溶液來解決這一困難。溶液法的基本想法是，在無限稀釋種溶液來解決這一困難。溶液法的基本想法是，在無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)相近，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，于是無限稀釋溶液中溶質(zhì)的摩爾極化度于是無限稀釋溶液中溶質(zhì)的摩爾極化度P2, ，就

9、可以看作，就可以看作為為P。 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。221112PxPxP2111111222111212212121xdxMdxMxMP1121111211021)2(3lim2dMMdMx2,PF.根據(jù)光的電磁理論，在同一頻率的高頻電場作用下，根據(jù)光的電磁理論，在同一頻率的高頻電場作用下，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,來表示高頻區(qū)測得的極化度來表示高頻區(qū)測得的

10、極化度 0轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向P0原子PdMnn2122電子電子PR2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)()(0128. 0)()(10426. 0)(49, 2, 2, 2, 230, 2, 2DTRPmCTRPTRPNKA2.介電常數(shù)的測定介電常數(shù)的測定oCCA.分布電容分布電容a.CdddCCCCCC空空氣氣測測空空氣氣溶溶液液測測溶溶液液b.Cd的標(biāo)的標(biāo)定定1. 5)200016

11、. 0023. 2. 4. 3. 2. 1,標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)測測標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)測測空氣空氣標(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)空氣空氣測測空氣空氣標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)測測標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)（CCCtCCCCCCCCdddc. C的測定的測定ddCCCCCC測測空氣空氣空氣空氣測測溶液溶液溶液溶液B.介電常數(shù)介電常數(shù)空氣空氣CCCCo三、儀器與藥品三、儀器與藥品 1.儀器儀器 小電容測量儀小電容測量儀1臺臺;阿貝折射儀阿貝折射儀1臺臺;比輕計(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)。1溶液配制溶液配制用稱量法配制用稱量法配制0.0

12、10,0.050,0.100,0.150,0.200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折射率的測定折射率的測定用阿貝折射儀測出溶液的折射率。測定時(shí)各樣品用阿貝折射儀測出溶液的折射率。測定時(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 溶液密度的測定溶液密度的測定用比輕計(jì)測定溶液密度。用比輕計(jì)測定溶液密度。四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟4介質(zhì)常數(shù)的測定介質(zhì)常數(shù)的測定(1)空氣空氣C空的測定空的測定(2)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)C標(biāo)的測定標(biāo)的測定標(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溶的測定溶的測定五