溶液法测定极性分子的偶极矩.pdf

江西化工
2015年第6期
溶液法测定极性分子的偶极矩
孟晓燕
(上饶师范学院,江西上饶334001)
摘要;本文主要测定丙酮、乙醚、正丁醇等极性溶质的偶极矩,用四氯化碳作非极性
溶剂。通过测量溶液的折光率、介电常数和密度随溶质摩尔分数的变化,从而确定线性关
系系数,求得极性溶质的偶极矩。
关键词:溶液法介电常数折光率密度偶极矩
偶极矩是物理化学实验研究的一个课题,它对判
但式(5)是假定分子与分子间无作用推导得到的,
断分子的键构型;考察键的旋转,研究分子的电性以及所以它只适用于温度不太低的气相系统。但某些物质
计算其它物理化学性质等方面起着重要的作用。用溶的气相和p无法测量。溶液法是将极性待测物溶于
液法测定,具有操作简便,耗样少,低毒性,速度快,实非极性溶剂中进行测定,因在无限稀释的溶液中,极性
验数据线性好和结果准确度高等特点。所以采用溶液溶质分子的状态与它在气相时很相近,用无限稀释的
法测定极性物质的偶极矩!。
摩尔极化度P代替式(5)中的P。
本文主要测量极性溶质丙開、乙酸乙酯、乙、乙
无限稀释时,极性溶质分子的摩尔极化度P2的公
醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇的偶极矩,溶剂为非极性的式为:
四氯化碳。
1.实验原理
P=PR=limp
S:+2
1.1偶极矩与极化度
M -AM
分子星电中性,正负电荷中心重合的,称为非极性
分子;不重合的,称为极性分子。分子极性的大小用偶
通过稀溶液的近似公式求得:
极矩来度量,其定义式为:
e=e1(1+Qx2
=q·d
p=p1(1+Bx2
的S单位是库?米(C?m),常用德拜(D),1D
无限稀释时,溶质的摩尔折射度:
-3c·o
na2-1M,-8M1
极化的程度用摩尔极化度P来度量】。
Ri
P=P向+FP电于+P
6nimiy
(9)
其中:s、
n以,后
+2
由稀溶液的近似公式求得们:
由于P子数值很小,常可忽略,式(1-2)写成:
n1(1+x2)
(10
P=P向+P
(4)
分子的偶极矩μ按下式计算
在v<10s-'的低频电场或静电场中可测得P;在
レ=10°s'的高频电场中,因P向=0,P原于=0,则测得
=0.0128√(-昭)xTD
的就是P电子,再由式(4)求得P向,由式(3)计算出p。
以上公式中a、B、Y为常数,1代表溶剂,2代表溶
通过测定出极性分子的偶极矩,可知分子中电子质,小Pa为别为溶液的介电常数、密度、折光率,M
云的分布、分子对称性,并判断分子的立体结构及几何为摩尔质量。
异构体?。
1.2.2介电常数的测定
1.2溶液法测定偶极矩
介电常数的测定是通过测量电容和计算得到的。
1.2.1极化度的测定
本文采用电桥法测量电容。
克劳修斯、莫索蒂和徳拜从电磁理论得到了摩尔
电容池两极真空时和充满某物质时电容分别为C
极化度P与介电常数之间的关系式
和C,则该物质的介电常效8与电容的关系
P=[(-1)M]/[(e+2)p]
(5
C, /Co
(12)
式中M为被测物质的摩尔质量,ρ是该物质的密
由于空气的电容非常接近于C,故(12)式改写成
度,B可通过实验测定。
=C./C
2015年12月
溶液法测定极性分子的偶极矩
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当将电容池插在小电容测量仪上测量电容时,实
2.2.1溶液的配制
际测得的电容C应是电容池两极间的电容C,和整个
先用电子天平称空容量瓶的质量为m;用移液管
测试系统中的分布电容C并联构成,即:
分别量取溶质0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL、
C=C+C
(13)3.0mL、3.5mL、4.0mL、4.5mL于25mL容量瓶中,分别
C.称为仪器的本地值,需先求出仪器的Cd,并在各称得质量为m2;再用四氯化碳溶剂定容,称得总质量为
次测量中扣除。式中C'2为电容池两极间的电容。求m。操作时应注意防止溶质的挥发、溶剂的挥发和吸
C:值的方法是:
收水汽,因此溶液配好后,应立即盖上容量瓶盖。
(14)
2.2.2折光率的测定
溶剂CC作标准物质,再测Cc4的电容C'标,则
用阿贝折射仪测出溶剂和溶液的折光率。
有:
2.2.3介质常数的测定
C标=C标+C』=E标C空+C.
先测定空气(拟真空)的电容,再依次测定溶剂、溶
由式(14)和(15)式可得:
液的电容。注意更换溶液时电容池和电极要用电吹风
C
(16)吹干。
2.2.4溶液密度的测定
将C.代入(13)和(14)式即可求得Cx和C空,即可
用电子天平称量空称量瓶的质量为m,依次用移
计算待测溶液的介电常数。
液管量取5mL溶液加人称量瓶中,称得质量为m1;再
已知C?,的介电常数8s与摄氏度t的关系式如取5?L蒸馏水,称得质量为m。按照公式
pa=[(m-muy/(m水-m)]xpな),计算溶液的
标=2.238-0.0020(t-20
(17)密度p=。式中p(*为在室温的密度,可由表查的
本文是将丙、乙酸乙酯、乙醚、乙醇、正丙醇、异
3.数据处理
丙醇、正丁醇分别溶于非极性的CCl4中形成稀溶液,通
3.1测量丙的偶极矩
过测定电容、折光率、质量等求出P和R2,然后由式
第一组数据,用移液管分别量取丙0.5mL、
(1)计算待测物的偶极矩。
1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL、3.5mnL、4.0mL、
2.实验部分
4.5mL于25mL容量瓶中,用四氯化碳定容,并依次测
2.1仪器与试剂
其质量分别为m1,m2,m3;然后分别测定溶剂和溶液的
仪器:小电容测量仪;阿贝折射仪;电子天平;电吹折光率、电容;最后用称量瓶称5mL溶液的质量为m4
风;容量瓶等。
mo=11.711gm水=16.673g,t=23.7℃,C空气=
试剂:乙酸乙酯(AR);丙開(AR);乙醇(AR);异4.49pF,Ccw=7.82pF,n1=1.4580。数据记录及计算
丙醇(AR);正丙醇(AR);乙醚(AR);正丁醇(AR);四结果如表1所示:
氯化碳(AR)。
2.2实验步骤
表1丙-四氯化碳数据记录
溶质/项目0.5mL「1mL「1.5mL「2mi「2.5mL「3mL
3.5ml 4m 4. 5ml
a/g119
48
21.6659120.8655121.8822120.1136119.2
286
20.9941117.067119.4559
L吗pml24l2 2 00123 4601 12. 053..so?2.7al22?29e
60.4356159.4173159.5962157.7847156.6
66L
57.8279153.4876155.5
CPR 3.49 I
9.179.8910.6811.24112.0812.97