3. WYZNACZANIE MOMENTU DIPOLOWEGO NITROBENZENU

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.�� 173.WYZNACZANIE MOMENTU DIPOLOWEGO NITROBENZENUWSTPGdy w cząsteczce środki cię\kości ładunków elektrycznych atomów lub grupfunkcyjnych nie pokrywają się, to cząsteczka obdarzona jest trwałym momentemdipolowym �.Ponadto w obrębie ka\dej cząsteczki wystąpi pod wpływem��zewnętrznego pola elektrycznego indukowany moment dipolowy opisanyrównaniem:(3.1)�ind = �eE + �a E� � �� gdzie:ae - oznacza polaryzowalność elektronowąaa - oznacza polaryzowalność atomowąE - natę\enie pola elektrycznegoOgólnie więc cząsteczka znajdująca się pod działaniem zewnętrznego polaelektrycznego posiada moment dipolowy ��' równy:��(3.2)�2 = � + �e + �a = � + �eE + �a E� � � � � � �� Równanie Clausiusa - Mosottiego wią\e polaryzację dielektryka P, z wartościąjego stałej dielektrycznej � oraz trwałym momentem dipolowym � równaniem:� �� (� - 1) M N �2P = �" =�� +�� (3.3)ind(� + 2 ) d 3� �� 3 k T ��ogdzie:M - masa cząsteczkowa dielektrykad - gęstość dielektrykaN - stała Avogadrok - stała Boltzmanna�o - przenikalność dielektryczna pró\ni�2Wyra\enie określa polaryzację ustawienia (składową trwałego momentu3kTdipolowego w kierunku pola).Polaryzacja ustawienia występuje wyłączniew polach statycznych, lub o niezbyt wielkiej częstości.Przy wysokich 18częstościach zewnętrznego pola elektrycznego, występuje wyłącznie polaryzacjaindukowana.Składową elektryczną o wystarczjąco wysokiej częstości aby niewystąpiła polaryzacja ustawienia posiada fala elektromagnetyczna w zakresiewidzialnym.Współczynnik załamania światła spełnia w przybli\eniu zale\nośćLorenza-Lorentza:(3.4)n2 = �W oparciu o podane rozwa\ania definiuje się funkcję zwaną refrakcją, R, danąrównaniem:( n2 - 1) M NR = �" = �(3.5)ind( n2 + 2 ) d 3�oPolaryzacja jest równa refrakcji powiększonej o czynnik związany zwystępowaniem stałego momentu dipolowego:2N �P = R +(3.6)9 k T�oz czego wynika równanie pozwalające na podstawie znajomości P oraz Rwyznaczyć wartość �:9 k �o� = T ( P - R )(3.7)NPodane wy\ej zale\ności słuszne są dla gazu doskonałego, czyli dla układu,w którym nie ma oddziaływań innych ni\ termiczne.Aby oddziaływania tewyeliminować w układzie rzeczywistym, pomiary nale\y prowadzić stosującroztwory badanego związku (np.nitrobenzenu) w rozcieńczonych roztworachw rozpuszczalniku obojętnym (np.benzen).Polaryzacja roztworu, P12, spełnia zale\ność:M12 (�12 - 1)��P12 = x1P1 + x2 P2 = �"(3.8)d12 (�12 + 2)��gdzie wskazniki 12 odnoszą się do roztworu, wskaznik 1 do rozpuszczalnika, zaś2 do substancji rozpuszczonej (badanej; symbol x oznacza ułamek molowy.Wartość masy cząsteczkowej roztworu, M12, dana jest wyra\eniem: 19MxM121= (3.9)Analogicznie zale\ność słuszna jest dla refrakcji2M12 (n12 - 1)R12 = x1R1 + x2R2 = �"(3.10)2d12 (n12 + 2)Znając z pomiarów R1, P1, R12 oraz P12 wyliczyć mo\na wartość R2 oraz P2 dlaroztworów o ró\nych stę\eniach substancji rozpuszczonej (x2).Ekstrapolacja graficzna wartości R2 oraz P2 do rozcieńczenia nieskończeniewielkiego, w układzie, R2(P2) = f(x2) pozwala znalezć wartość R2 oraz P2 dlaukładu, w którym nie występują oddziaływania między cząsteczkami.Ekstrapolacyjnie wyznaczone wartości R2 oraz P2 pozwalają wyznaczyć wartośćmomentu dipolowego substancji rozpuszczonej.Potrzebne w równaniachwielkości wyznaczyć mo\na w oparciu o pomiar pojemności:- kondensatora z powietrzem (ewentualnie zawierający pary rozpuszczalnika), c3,- kondensatora zawierającego rozpuszczalnik, c1,- kondensatora zawierającego roztwór, c12oraz równanie:c3 - c12�12 = �1� �� ( - 1 + 1)(3.11)c3 - c1Zakładając, \e pojemność podłączeń jest zaniedbywalna oraz, \e kondensator nienapełniony cieczą (czyli pusty ) ma pojemność równą pojemności kondensatora wpró\ni (co), równanie (3.11) upraszcza się do powszechnie znanej postaci;c12�12 =(3.12)coDo obliczeń potrzebna jest wartość stałej dielektrycznej rozpuszczalnika, �1, któradla benzenu wynosi 2.284.Wartość gęstości rozpuszczalnika, d1 oraz roztworów,d12 wyznaczyć mo\na przy u\yciu piknometru.CEL WICZENIAWyznaczenie momentu dipolowego nitrobenzenu. 20APARATURADielektrometr.Kondensator.Refraktometr Abbego.Suszarka.SZKAOPiknometr.Pipeta 1 ml.Zlewka 150 ml (wysoka).Kuweta porcelanowa.ODCZYNNIKIBenzen.Roztwory nitrobenzenu w benzenie o stę\eniu (ułamki molowe) równym:0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,08.Bibuła - paski.WYKONANIE WICZENIA1.Pomiar pojemności kondensatora:Po zdjęciu pokrywy kondensatora i zdjęciu zaworu u dołu kondensatorawysuszyć ścianki przy pomocy chłodnego powietrza z suszarki.Następnienale\y wykonać pomiar pojemności pustego kondensatora, c3, przy pomocydielektrometru.Po dokonaniu tego pomiaru, nale\y zało\yć zawór do kranuznajdującego się w dolnej części kondensatora.Sprawdzić, czy kran jestzamknięty.W celu zmierzenia pojemności kondensatora wypełnionegobenzenem lub odpowiednim roztworem, nale\y wlać go do kondensatora tak,aby przykryć cieczą wewnętrzny cylinder będący jedną z okładek kondensatora.Pomiary pojemności c1 oraz c12 nale\y prowadzić w następującej kolejności:benzen, roztwory od o stę\eniu od najni\szego do najwy\szego.Po dokonaniupomiarów nale\y przepłukać kondensator (jego ścianki) niewielką ilościąbenzenu, który nale\y wylać do zlewu.Ciecze u\yte do pomiaru (benzen ikolejne roztwory) nale\y zlewać do zlewki (po ka\dorazowym pomiarze) przezotworzenie dolnego kranu i następnie przelać do butelek, z których się jepobrało.2.Pomiar współczynnika załamania światła:Pomiar ten nale\y prowadzić w takiej samej kolejności jak poprzedni: benzen,a następnie roztwory o coraz wy\szym stę\eniu nitrobenzenu. 213.Pomiar gęstości:Napełnianie oraz zamykanie piknometru nale\y przeprowadzać nad kuwetąporcelanową, do której powinien spłynąć nadmiar cieczy.Po napełnieniu,piknometr nale\y przetrzeć bibułą i wysuszyć jego ścianki zewnętrznestrumieniem chłodnego powietrza z suszarki.Po dokonanym pomiarze cieczz piknometru nale\y przelać do butli, z której została pobrana.UWAGA !!!Kondensatora, piknometru, pipety i u\ywanych naczyń nie przemywać wodą.OPRACOWANIE WYNIK�W1.Wyniki dokonanych pomiarów pojemności kondensatora pustegoi zawierającego benzen lub roztwory, współczynnika załamania światła benzenui roztworów oraz masy piknometru pustego, zawierającego benzen i roztworyprzedstawić w formie tabeli.2.Na podstawie pomierzonych wartości wyliczyć wielkości polaryzacji orazrefrakcji poszczególnych roztworów.3.Sporządzić wykres zale\ności polaryzacji oraz refrakcji roztworów od stę\enianitrobenzenu.Wyznaczyć metodą ekstrapolacji polaryzację oraz refrakcjęnitrobenzenu.4.Obliczyć wartość momentu dipolowego nitrobenzenu [ Pobierz całość w formacie PDF ]