结构化学实验报告
题目：稀溶液法测定偶极矩
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实验时间：2０16年11月21日
稀溶液法测定偶极矩
【实验目得】
掌握溶液法测定偶极矩得主要实验技术
了解偶极矩与分子电性质得关系
测定乙酸乙酯得偶极矩
【实验原理】
偶极矩与极化度
分子结构可以近似地看成就就是由电子云和分子骨架(原子核及内层电子）所构成。由于空间构型得不同,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”得概念来度量分子极性得大小,其定义式为
①
式中,ｑ就就是正负电荷中心所带得电量;d为正负电荷中心之间得距离；就就是一个矢量,其方向规定为从正到负。因分子中原子间得距离得数量级为１0-１０m,电荷得数量级为1０-2０Ｃ,所以偶极矩得数量级就就是１0－30Ｃ·m。
通过偶极矩得测定,可以了解分子结构中有关电子云得分布和分子得对称性,可以用来鉴别几何异构体和分子得立体结构等。
极性分子具有永久偶极矩,但由于分子得热运动,偶极矩指向某个方向得机会均等。所以偶极矩得统计值等于零。若将极性分子置于均匀得电场E中,则偶极矩在电场得作用下,趋向电场方向排列。这时称这些分子被极化了。极化得程度可以用摩尔转向极化度Pμ来衡量。Pμ与永久偶极矩μ得平方成正比,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为分子得永久偶极矩。
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得相对移动,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
如果外电场就就是交变场,极性分子得极化情况则与交变场得频率有关。当处于频率小于1010ＨZ得低频电场或静电场中，极性分子所产生得摩尔极化度Ｐ就就是转向极化、电子极化和原子极化得总和。
P=Pμ+Pｅ+Ｐa④
如何从测得得摩尔极化度Ｐ中分别出Pμ得贡献呢？介电常数实际上就就是在１0７HＺ一下得频率测定得,测得得极化度为Pμ+Ｐｅ+Pａ。若把频率提高到红外范围，分子已经来不及转向，此时测得得极化度只有Pe和Pa得贡献了。所以从按介电常数计算得P中减去红外线频率范围测得得极化,就等于Pμ,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：
Pμ＝P-(Pe+Pa)≈Ｐ-Pe⑤
２、摩尔极化度得计算
摩尔极化度P与介电常数ε之间得关系式为
⑥
式中,M为被测物质得摩尔质量;ρ为该物质得密度;ε就就是介电常数。
但式⑥就就是假定分子与分子间没有相互作用而推导得到得。所以她只适用于温度不大低得气相体系，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。溶液法得基本想法就就是,在无限稀释得非极性溶剂中,溶质分子所处得状态和气相时相近,于就就是无限稀释溶液中得溶质得摩尔极化度可以看作就就是式⑥中得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,溶剂和溶质得摩尔极化度等物理量可以被认为就就是具有可加性。因此,式⑥可以写成:
⑦
式中,下标1表示溶剂;下标２表示溶质;x１表示溶剂得摩尔分数；x2表示溶质得摩尔分数;表示溶剂得摩尔极化度;表示溶质得摩尔极化度。
对于稀溶液,可以假设溶液中溶剂得性质与纯溶剂相同,则
⑧
⑨
Hedｅstｒand首先推导出经验公式,指出在稀溶液中溶液得介电常数和密度可以表示为
⑩
?
因此