ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ

LABORATORIUM STUDENCKIE

Ćwiczenie nr 4

Temat ćwiczenia: Momenty dipolowe

Wyposażenie ćwiczenia:

Aparatura i urządzenia: Mostek C (typ E315 A)

Kondensator

Suszarka elektryczna

Refraktometr

Szkło: Zlewka na 100 cm³

Lejek

Odczynniki: Czterochlorek węgla

Roztwory nitrobenzenu w CCl₄ o stężeniach wyrażonych w ułamkach molowych nitrobenzenu:-0,025;0,05;0,075;0,1

Aceton

Bibuła

Przy wyznaczaniu momentów dipolowych opieramy się na teorii Debye'a, w myśl, której między momentem dipolowym i polaryzacją P jednego mola nie oddziaływujących na siebie molekuł istnieje zależność:

(1)

gdzie:

P_E,P_A - polaryzacja elektronowa i atomowa

N - liczba Avogadro

k - stała Boltzmana

T - temperatura w skali Kelwina

Potrzebne do obliczenia polaryzacji wartości przenikalności dielektrycznej wyznacz się z pomiarów pojemności kondensatora.

Aby spełnić warunek, przy którym słuszny jest wzór Debye'a (brak oddziaływań elektrostatycznych między dipolami) przeprowadza się serię pomiarów z rozcieńczonymi roztworami badanej substancji w niepolarnym rozpuszczalniku, a uzyskane wyniki ekstrapoluje się do stężenia zerowego.

Opracowanie wyników:

Na podstawie mierzonych pojemności kondensatora w CCl­­₄ i powietrzu obliczam stałą dielektryczną czterochlorku węgla:

=2,3951

Natomiast względną stałą dielektryczną obliczam z zależności:

Wyniki obliczeń zestawione są w tabeli nr 1.

Tabela 1:Wyniki pomiarów pojemności kondensatora i wartości stałej dielektrycznej w zależności od stężeń.

Rodzaj wypełnienia kondensatora	Pojemność kondensatora			Względna stała dielektryczna roztworu
		Max. cA	Min. cB		Różnica
Powietrze	5.654	24.38	18.726	--
CCl4	10.91	55.76	44.85	1.0000
Roztwór RNO2 w CCl4 x=0,025	13.63	68.68	55.05	1.2274
Roztwór RNO2 w CCl4 x=0,05	18.81	95.83	77.02	1.7173
Roztwór RNO2 w CCl4 x=0,075	22.15	110.8	88.65	1.9766
Roztwór RNO2 w CCl4 x=0,1	28.56	148.4	119.84	2.6720

Rys. 1: Zależność względnej stałej dielektrycznej roztworu od stężenia.

Obliczamy współczynnik kierunkowy prostej metodą graficzną:

Obliczamy współczynnik kierunkowy prostej metodą najmniejszych kwadratów:

gdzie:

n=4

Σx_i⋅y_i=0.5738

Σx_i=0.25

Σy_i=8.0858

Σx_i²=0,0187

(Σx_i)²=0.0625

=21,644

Obliczamy wartość polaryzacji molowej nitrobenzenu z zależności:

gdzie:

M_RNO=123,12g/mol

M_CCl4=153,6g/mol

ρ_RNO=1,203g/cm³

ρ_CCl4=1,594g/cm³

więc:

V_RNO=102,34cm³/mol

V_CCl4=96,36cm³/mol

P_RNO2,00=3215,88cm³/mol

Moment dipolowy nitrobenzenu obliczamy z zależności:

refrakcję molową nitrobenzenu obliczamy z równania:

cm³/mol

T=293K

po podstawieniu otrzymujemy:

---