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乙醇偶极矩的测定

摘要：实验通过测定乙醇的环己烷溶液的折射率及电容，得到了折射率、介电常数与摩尔分数的线性关系。再利用Guggenheim和Smith改进的极化度与介电常数之间的关系式，求出了乙醇的偶极矩。

关键字：乙醇折射率介电常数极化率

1引言

分子由于其空间构型不同其正负电荷中心可以重合，也可以不重合，前者称为非极性分子，后者称为极性分子，分子的极性可用偶极矩来表示。偶极矩是物理学中的重要性质，常用来判断分子的空间构型。可以判断分子内原子排列的几何形状，化学键之间的角度，而且在有机化学理论上也很重要。本实验通过测量稀溶液的折射率和电容，计算偶极矩。

2实验

2.1实验原理

2.1.1偶极矩与极化度

偶极矩是表示分子中电荷分布情况的物理量。其大小可以度量分子的极性，方向由正电荷到负电荷。偶极矩定义为正负电荷中国心所带的电荷量q与正负电荷中心之间的距离d的乘积：

R=q-d

偶极矩的单位习惯上用德拜表示，记为D，它与国际单位C.m的关系为

1D=1*10-18静电单位.厘米=3.334*10-30C.m

极性分子具有永久偶极矩。由于分子热运动，偶就指向各个方向的机会相同，所以偶极矩的统计值等于零。若将其置于电场E中则偶极矩在电厂的作用下会趋向沿电场方向排歹U，则成为分子被极化。分子的极化程度可用摩尔转向极化度P转向来衡量。

4 口2

P转向=3nNA3KT

式中，K为玻尔兹曼常数，NA为阿伏伽德罗场数。

在外电场作用下，所有分子都会发生电子云对分子骨架的相对移动，分子骨架也会因电厂分布不均衡发生变形，从而发生诱导极化或变形极化。极化程度用摩尔诱导计划程度P诱导来衡量，P诱导由电子计划程度P电子和原子极化程度P原子组成。即

P诱导=P电子+P原子

当分子处于频率小于10-10S-1的低频电场或静电场中，极性分子所产生的摩尔转向计划度P，是转向极化、电子极化和原子极化的总和：

P=P转向+P电子+P原子

在红外频率时，P转向=0，在高频时P转向=0且P原子=0。因此，只需在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度P，在红外频率下测得摩尔诱导极化度P诱导，两者相减季得到极性分子的摩尔转向极化度P转向，代入公式即可算的永久偶极矩R「

2.1.2极化度的测定

克劳修斯、莫索蒂和德拜从电磁理论得到了P与介电常数8之间的关系式，该关系式假定分子与分子之间无相互作用：

8-1M

『?；

M为被测物质的分子量，p是该物质在T(K)时的密度，8由实验来测定。

为了省去溶液密度的测量，该公式被改进如下：

27KT M。I顽画M

27KT M。

I顽画M(as-an)A11

an分别如下得到：

W2=溶质质量/溶液质量，在稀溶液中，溶液的介电常数￡12

设W2为溶质的质量分数

及折射率的平方n122与W2有线性关系：

￡12=￡1+asW2

n122=n12+anW2

其中和n1分别为溶剂的介电常数和折射率。

2.1.3介电常数的测定

介电常数通过测定电容器在不同戒指中的电容量的到：

C

C为充以电解质时的电容，C0为真空时的电容。通常空气电容接近1，介电常数课表达

为：

C

￡=

空

实验用电桥法测电容，所用仪器为数字小电容测试仪，将待测样品放在电容池的样品池

中测量，但小电容仪所测的Cx实际上包括了样品电容C样和电容池的分布电容。￡^。即：

X Cx=C样+Cd

应从Cx中扣除Cd。方法如下：用一已知介电常数￡标的标准物质测得电容为C标，再测电容器不放样品时的电容C空，近似取C0=C空，可以导出：

暗空—E-1工 工

暗空—E-1

￡标-1

C,-C，

2.2实验仪器

阿贝折光仪，数字小电容测试仪和电容池，移液管，滴管，洗耳球，吹风机。

2.3实验步骤

2.3.1绘制n2-W曲线

按照下表，准确配置乙醇的环己烷溶液。并测量折光率。在阿贝折光仪上测定上述溶液的折光率n，测定两次。平行数据间差值不超过0.0003。

溶液/mL

5.0

5.0

5.0

5.0

5.0

5.0

乙醇/mL

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

环己烷/mL

5.0

4.9

4.8

4.7

4.6

4.5

2.3.2测定样品的电容

打开数字小电容测试仪，并预热5min。电容池插座与电容池的”外电极“连接，”电容池“插座与电容池的内电极连接。

采零，消除系统的零位漂移。

测量空气介质的电容。连按，外电极插座，稳定后读取电容值。拔下插座，回零，再连接”外电极“插座，读取电容值。三次电容读数的平均值即为C空‘。三次读数相差不超过0.05PF。

测量标准物质电容。用环己烷做标准物质，sr环与t的关系为：

￡「=2.023-0.0016(t/0c-20)

吹干样品池，加入环己烷，使内外液