溶液法测定偶极矩 结构化学实验二

结构化学实验二

溶液法测定极性分子的偶极矩

一、实验目的

1.用溶液法测定正丁醇的偶极矩

2.了解偶极矩与分子电性质的关系

3. 掌握溶液法测定偶极矩的实验技术

二、实验原理

1.偶极矩与极化度

两个大小相等方向相反的电荷体系的偶极矩定义为：

μ=q d(1)

极性分子在电场作用下极化程度可用摩尔定向极化度P定向来衡量：

P定向=4/3πN A*μ02/(3kT)=4/9πN A*μ02/(kT) (2)

极性分子所产生的摩尔极化度P是摩尔定向极化度、摩尔电子诱导极化度和摩尔原子诱导极化度的总和：

P=P定向+P诱导=P定向+P电子+P原子(3)

2.溶液法测定偶极矩

无限稀释时溶质的摩尔极化度的公式：

P=P2∞=3αε1/(ε1+2)2* Μ1/ρ1+ (ε1-1)/(ε1+2) * (Μ2-βΜ1)/ρ1(9)

习惯上用溶质的摩尔折射度R2表示高频区测得的摩尔极化度，因为此时P

=0，P原子=0，推导出无限稀释时溶质的摩尔折射度的公式：

定向

P电子=R2∞=(n12-1)/(n12+2) * (Μ2-βΜ1)/ρ1+6n12Μ1γ/[(n12+2)2*ρ1] (13) 稀溶液的近似公式：

ε溶=ε1(1+α* x2) (7)

ρ溶=ρ1(1+β*x2) (8)

n溶=n1(1-γ*x2) (12) 由P定向=P2∞-R2∞=4/9πN A*μ02/(kT) (14)

得μ0=0.0128*[(P2∞-R2∞)*T]1/2 (D)(15)

需测定参数：α，β，γ，ε1，ρ1 n1

三、仪器和试剂

仪器：阿贝折光仪1台；比重管1只；电容测量仪一台；电容池一台；电子天平一台；电吹风一只；25ml容量瓶4支；25ml、5ml、1ml移液管各一支；滴管5只；5ml针筒一支；针头一支；吸耳球两个

试剂：正丁醇（分析纯）；环己烷（分析纯）；蒸馏水；丙酮

四、实验步骤

1.溶液的配制

配制4种正丁醇的摩尔分数分别是0.05、0.10、0.15、0.20的正丁醇-环己烷溶液。

2.折光率的测定

用阿贝折光仪测定环己烷和各配制溶液的折光率。测定时注意各样品需加样三次，每次读取一个数据，取平均值。

3.介电常数的测定

（2）电容C0 和Cd 的测定：本实验采用环己烷为标准物质，其介电常

数的温度公式为：

ε标=2.203-0.0016(t-20)

式中t为实验室温度（℃）。用电吹风将电容池加样孔吹干，旋紧盖子，将电容池与介电常数测量仪接通。读取介电常数测量仪上的数据。重复三次，取平均值。用移液管取1ml纯环己烷加入电容池的加样孔中，盖紧盖子，同上方法测量。倒去液体，吹干，重新装样，用以上方法再测量两次，取三次测量平均值。

（3）溶液电容的测量：测定方法与环己烷的测量方法相同。

ε溶=C溶/C0=（C溶’-C d）/C0

C d=C空’-C0= C空’-（C标’-C空’）/（ε标-1）

每个溶液均应重复测定三次，三次数据差值应小于0.05pF，所测电容读数与平均值，减去C d，即为溶液的电容C溶。由于溶液易挥发而造成浓度改变，故加样时动作要迅速，加样后迅速盖紧盖子。

4.溶液密度的测定

取干净的比重管称重m0。然后用针筒注入已恒温的蒸馏水,定容，称重，记为m1。用丙酮清洗并吹干。同上，测量各溶液，记为m2。则环己烷和各溶液的密度为：

ρ溶=(m2-m0)/(m1-m0) *ρ水，ρ水25g/mL

5.清洗、整理仪器

上述实验步骤完成后，确认实验数据的合理性。确认完毕，将剩余溶液回收，容量瓶、比重管、针筒洗净、吹干。整理实验台，仪器恢复实验前的摆放。

五、数据记录和处理

1. 溶液的配制

2.折光率的测定

由上图可知：n1=1.4225

γ=0.029/1.4225=0.0204

3. 介电常数的测定

t=23.2℃ ε标=2.203-0.0016(t-20)=2.195

C0=（C’标-C’空）/（ε标-1)=(7.55-4.71)/(2.195-1)=3.394 C d=C’空-C0=4.71-3.394=1.316

由ε溶=（C’溶- C d）/ C0，可算出：

由上图可知：ε1=1.8114

α=3.1526/1.8114=1.7404 4．溶液密度的测定

由ρ溶=(m2-m0)/(m1-m0) *ρ水，可算出：

由上图第一个点误差较大，舍去，重新拟合

可知：ρ1=0.7596

β=0.0144/0.7596=0.0190 5.求P2∞、R2∞

n1=1.4225 γ=0.0204

ε1=1.8114 α=1.7404

ρ1=0.7596 β=0.0190

M1= 84.16 M2=74.12

P2∞=3αε1/(ε1+2)2* Μ1/ρ1+ (ε1-1)/(ε1+2) * (Μ2-βΜ1)/ρ1 = 92.548

R2∞=(n12-1)/(n12+2) * (Μ2-βΜ1)/ρ1+6n12Μ1γ/[(n12+2)2*ρ1] = 24.286

6.求偶极矩μ0（当时温度为25.2℃）T=298.4K

μ0=0.0128*[(P2∞-R2∞)*T]1/2 =1.956 D

六、思考与分析

1.分析本实验误差的主要来源，如何改进？

(1)溶液的配制：移液管使用过程中量取溶液并不十分精确，会导致溶液配置的时候X2的值与要求值有一定的偏差。所以，在移液的过程中要保证移液管使用操作迅速准确。

(2)折光率的测定：折光率的线性还比较好，测量中除了取样，试剂瓶盖子应随时盖好．以免样品挥发影响溶液浓度。而且样品滴加要均匀，用量不能太少，以免测量不准确。

(3)介电常数的测定：仪器不是很稳定，而且并未用移液管移取1mL,而是用每种溶液的专用滴管吸取50滴，滴管的构造不一样，也导致了移取的样品量不一致，这是造成介电常数与浓度关系的线性很差的两个原因。应该用同一个移液管准确移取，且每次都要用丙酮洗净用待测液润洗，而且在重新装样前，为了证实电容池电极间的残余液确已除净，须先测量空气的电容值，待空气的电容值恢复到测量之前，或者在±0.05pF的误差范围内，方可进行下一次测量。

(4)溶液密度的测定：因为电子天平非常灵敏，当有电吹风在吹或稍有动静时，读数就变得很厉害，两次测量的数据都会很不一样，所以每个样品测了两次，取了比较合理的数据。减小误差的方法是确保每次装样品前比重管都要洗净吹干