Определение электрического дипольного момента μ молекулы ацетонитрила

Отчет по работе № 74

“Полярные молекулы”

студента 13 группы III курса

Василькова Сергея Дмитриевича

Цель работы: определение электрического дипольного момента μ молекулы ацетонитрила.

Приборы и экспериментальная установка: генератор (с вынесенным конденсатором + штатив со стаканчиком), частотомер, нагревательный элемент.

1.  Определение дипольного момента по молекулярной поляризации и рефракции.

Определим относительную емкость для чистого бензола (V=20мл):

           

ν₀=3749±2 МГц,        ν₁=3536±2 МГц,        ε=n²=2,2533;  C₀/C=0,099±0,005

добавляя по 0,4 мл ацетонитрила, вычислим диэлектрические проницаемости растворов:

Vспирт  (мл)		ν (МГц)		ε12
0,40	±0,05	3468	±2	2,703	±0,030
0,80	±0,05	3434	±2	2,938	±0,034
1,20	±0,05	3385	±2	3,289	±0,038
1,60	±0,05	3299	±2	3,944	±0,042
2,00	±0,05	3249	±2	4,348	±0,046

Используя нижеследующие формулы, рассчитаем молярные доли C₆H₆ и CH₃CN, средние молярные весы и плотности растворов:

;f₁=1-f₂;       ; ,

где М₁=78,12 г/моль, М₂=41,05 г/моль, ρ₁=0,879 г/см³, ρ₂=0,786 г/см³.

Vспирт  (мл)		f1		f2		M12 (г/моль)		ρ12 (г/см3)
0,4	±0,05	0,033	±0,004	0,967	±0,004	76,9	±0,5	0,88	±0,03
0,8	±0,05	0,064	±0,004	0,936	±0,004	75,8	±0,5	0,88	±0,03
1,2	±0,05	0,093	±0,005	0,907	±0,005	74,7	±0,5	0,87	±0,03
1,6	±0,05	0,120	±0,005	0,880	±0,005	73,7	±0,6	0,87	±0,03
2,0	±0,05	0,145	±0,005	0,855	±0,005	72,7	±0,6	0,87	±0,03

По этим значениям вычисляем поляризацию раствора P₁₂ и, зная поляризацию бензола P₁=26,17 см³/моль, считаем P₂ и P₂’’:

,  P₂’’=P₂-P₂’,  (см³/моль)

Vспирт  (мл)		P12 (см3/моль)		P2 (см3/моль)		P2’’ (см3/моль)
0,4	±0,05	32	±1	191	±34	180	±34
0,8	±0,05	34	±1	181	±29	170	±29
1,2	±0,05	37	±2	168	±21	157	±21
1,6	±0,05	42	±2	158	±17	147	±17
2,0	±0,05	44	±2	149	±15	138	±14

Экстраполируя зависимость P₂’’ от V₂ до значения объема V₂=0, получаем

P’’=(190,88±42,0) см³/моль.

По формуле:

рассчитываем дипольный момент молекулы ацетонитрила (T=21°С):

μ=(21,9±2,3) D.

2.  Определение дипольного момента из температурной зависимости поляризации.

Нагреем раствор до кипения, при этом получим зависимость частоты от показания гальванометра, откуда можно получить зависимость ε (1/T) (учитывая, что T_{кипения}=80,1°С)

Откл гальван	ν (МГц)
3	3233
5	3240
10	3248
15	3250
20	3254
25	3259
30	3263
35	3268
40	3272
50	3277
60	3275
65	3274
70	3272
75	3270
80	3268
85	3267
90	3265
95	3264
100	3264

Взяв две крайние точки на графике, рассчитываем для каждой P₂, после чего используем следующую формулу для расчета μ:

P₂¹=149,5 см³/моль    P₂²=139,3 см³/моль   

μ=12,4 D.

Этот результат несколько отличается от полученного в первой части опыта, что может быть объяснено неточностью измерения многих величин (объемов, частот, температур), накоплением вследствие этого ошибки в достаточно громоздких расчетах, может сказаться также и различие в самих методах измерений.