溶液法测定极性分子的偶极矩实验报告
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结构化学实验报告
——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
(1)两个大小相等方向相反的电荷体系的偶极矩定义为：
(2)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
*μ
2/(3kT)=4/9πN
A
*μ
2/(kT)
(3)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
2.偶极矩的测定方法（溶液法测定偶极矩）(1)无限稀释时溶质的摩尔极化度的公式：
P=P
2∞=3αε
1
/(ε
1
+2)2 * Μ
1
/ρ
1
+ (ε
1
-1)/(ε
1
+2) * (Μ
2
-βΜ
1
)/ρ
1
(2)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定向=0，P原子=0，推导出无限稀释时溶质的摩尔折射度的公式：
P
电子=R
2
∞=n
2
-1/(n
1
2+2) * (Μ
2
-βΜ
1
)/ρ
1
+6n
1
2Μ
1
γ/[(n
1
2+2)2*ρ
1
]
(3) 近似公式：
ε
溶=ε
1
(1+α* x
2
)
ρ
溶=ρ
1
(1+β*x
2
)
n
溶=n
1
(1-γ*x
2
)
(4) 永久偶极矩的获得
考虑到摩尔原子诱导极化度通常只有摩尔电子极化度的5%-15%，而且P定向又比P原子大得多，故常常忽略P原子，可得P定向=P2∞-R2∞=4/9πN A*μ02/(kT)
μ
0=0.0128*[(P
2
∞-R
2
∞)*T]1/2
(5)介电常数的测定：用空气与一已知介电常数ε溶的标准物质分别测得电容C/空，C/标
C/
空=C
空
+C
d
= C
+C
d
C/
标
=C
标
+C
d
则通过上两式可求得C0=（C/标-C/空）/（ε标-1） C d=C/空-C0=C/空-（C/标-C/空）/（ε标-1）
ε
溶= C
溶
/ C0=（C/溶- C d）/ C0
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；吸耳球一个；
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。操作时应注意防止溶质和溶剂的挥发以及吸收极性较大的水气，为此溶液配好后应迅速盖好瓶盖，并置于干燥箱中。
2.折光率的测定
在恒温（25±0.10C)条件下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
（1）先接好介电常数测量仪的配套电源线，打开电源开关，预热5分钟；用配套测试线将数字电常数测量仪与电容池连接起来；待显示稳定后，按下“采零”键，以清除仪表系统零位漂移，屏幕显示“00.00”。
（2）电容C0 和C d 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（0C）。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。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=(m
2
-m
)/(m
1
-m
) *ρ
水
，ρ25℃水=0.99707g/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
2.折光率的测定