background image

1 | 

S t r o n a

 

 

Lidia Chomicz i Marcin Woźniak, gr.1 

Uniwersytet Gdański 

Pracownia Chemii Fizycznej 

Ćwiczenie 2 

Polaryzowalność cząsteczki. Moment dipolowy. 

Prowadząca zajęcia:                  

dr Agnieszka 

Wróblewska                      

Data wykonania: 

Ocena: 

30.11.2006 r. 

  

 
 
 

1)   Wyznaczenie pojemności czynnej i biernej kondensatora. 

 
Zmierzyliśmy pojemność pustego kondensatora i kondensatora wypełnionego rozpuszczalnikiem: 
 
C

0

=44 pF  - pojemność pustego kondensatora 

C=75 pF   - pojemność kondensatora wypełnionego cykloheksanem 
 
Znając  dodatkowo  względną  stałą  dielektryczną  cykloheksanu  (ε

r

=2,023),  wyznaczyliśmy 

pojemność czynną (C

c

) oraz bierną (C

b

) kondensatora: 

 

]

[

3

,

30

1

0

pF

C

C

C

r

c

 

]

[

7

,

13

0

pF

C

C

C

c

b

 

 

2)   Wyznaczenie  stałych  dielektrycznych  poszczególnych  roztworów  nitrobenzenu  w 

cykloheksanie. 

 
Zmierzyliśmy  pojemność  elektryczną  kondensatora  po  napełnieniu  go  badanymi  roztworami. 
(Dane dotyczące tych roztworów i pojemności C

zamieściliśmy w tabeli 1.) 

 
Na  podstawie  tych  danych  obliczyliśmy  stałe  dielektryczne  (ε

x

)  badanych  roztworów  w  oparciu  o 

poniższy wzór: 
 

1

c

x

x

C

C

C

 

 

Otrzymane wyniki opisuje tabela 1. 
 

3)   Obliczenia dotyczące polaryzacji właściwej. 

 
Aby  wyznaczyć  polaryzację  właściwą  poszczególnych  roztworów,  obliczyliśmy  kolejno  (wszystkie 
wyniki obliczeń – tabela 1): 
 
a) Ułamki molowe nitrobenzenu i cykloheksanu, korzystając ze wzoru (np. dla nitrobenzenu): 

c

n

n

n

n

n

n

X

, gdzie: 

X

n

 – ułamek molowy nitrobenzenu 

n

n

 – liczba moli nitrobenzenu w badanym roztworze 

n

c

 – liczba moli cykloheksanu w badanym roztworze 

 
 

 

background image

2 | 

S t r o n a

 

 

 
b) Gęstość poszczególnych roztworów – w oparciu o zasadę addytywności gęstości: 
 

c

c

n

n

X

d

X

d

d

, gdzie: 

d – gęstość roztworu 
d

n

=1203,3 [kg/m

3

] – gęstość nitrobenzenu 

d

c

=778,6 [kg/m

3

] – gęstość cykloheksanu 

 
c)  Wtedy polaryzację właściwą  p – ze wzoru: 
 

kg

m

d

p

x

x

3

1

2

1

 

 

4)   Wyznaczenie całkowitej polaryzacji molowej P. 

 
Sporządziliśmy  wykres  zależności  polaryzacji  właściwej  od  ułamka  molowego  nitrobenzenu 
(wykres 1). 
 
 
 

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

0,045

0,00034

0,00036

0,00038

0,00040

0,00042

0,00044

0,00046

0,00048

Regresja liniowa
Y = A*X+B
Parametr

             Błąd

A

0,00335

1,43514E-4

B

3,28623E-4

3,1551E-6

R

0,99544

Wykres 1. Zależność polaryzacji p od ułamka molowego X

p

 [

m

3

/k

g

]

X

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

3 | 

S t r o n a

 

 

 
Następnie ekstrapolowaliśmy go do wartości X

n

=1, co pokazuje wykres 2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,001

0,002

0,003

0,004

Wykres 2. Zależność polaryzacji p od ułamka molowego X - ekstrapolacja do X=1

p

 [

m

3

/k

g

]

X

 

 
Z wykresu 2 odczytaliśmy wartość polaryzacji właściwej czystego nitrobenzenu:  

kg

m

X

p

n

3

)

000100

,

0

003094

,

0

(

)

1

(

 

 
Dzięki temu mogliśmy obliczyć wartość całkowitej polaryzacji molowej, korzystając ze wzoru: 
P=p*M

n

, gdzie M

n

=0,123113 [kg/mol] – masa molowa nitrobenzenu, 

  
Stąd  P=38,09*10

-5

 [m

3

/mol] 

Natomiast niepewność 

)

1

(

n

n

X

p

M

P

 ; zatem 

mol

m

P

/

10

23

,

1

3

5

 

Ostatecznie:   

mol

m

P

3

5

10

23

,

1

09

.

38

 

 
 
 

5)   Refrakcja molowa nitrobenzenu. 

 
Refrakcję molową R

D

 obliczyliśmy ze wzoru: 

 

mol

m

d

M

n

n

R

n

n

D

3

2

2

2

1

, gdzie: 

n=1,552 – współczynnik załamania światła dla nitrobenzenu (zbadany przy  
                pomocy refraktometru) 
Stąd: 
R

D

=3,269*10

-5

[m

3

/mol] 

 
 
 
 

background image

4 | 

S t r o n a

 

 

 
Natomiast niepewność obliczyliśmy metodą różniczki zupełnej i otrzymaliśmy, że: 

mol

m

d

M

n

n

R

n

n

D

3

2

2

2

6

   , a stąd:   

mol

m

R

D

3

5

10

005

,

0

 

Zatem:     

mol

m

R

D

3

5

10

005

,

0

269

,

3

 

 
 
 
 

6)   Wyznaczenie momentu dipolowego nitrobenzenu. 

 
Na podstawie obliczonych dotąd wartości R

D

, P, przyjmując temperaturę otoczenia T=293 K, oraz 

znając wartości stałych: 
 
N=6,0238*10

23

[1/mol]  – stała Avogadro 

ε

0

=8,854*10

-12

[F/m]      – bezwzględna stała dielektryczna próżni 

k=1,38*10

-23

[J/K]         – stała Boltzmanna 

 
mogliśmy obliczyć wartość momentu dipolowego: 
 

 

Cm

N

kT

R

P

D

0

0

9

)

(

 

Stąd μ

0

=13,65*10

-30

[Cm]=4,09[D]. 

 
Natomiast niepewność liczyliśmy znaną już metodą, otrzymując wzór: 

m

C

R

P

R

P

N

kT

D

D

)

(

9

2

1

0

0

 

Zgodnie z tym:   

 

D

m

C

01

,

0

10

02

,

0

30

0

 

 
Zatem ostatecznie: 
 

m

C

30

0

10

02

,

0

65

,

13

    oraz     

 

D

01

,

0

09

,

4

0

 

 
 
 

7)    Zestawienie wyników: 

 

mol

m

P

3

5

10

23

,

1

09

.

38

 

mol

m

R

D

3

5

10

005

,

0

269

,

3

 

 

m

C

30

0

10

02

,

0

65

,

13

    oraz     

 

D

01

,

0

09

,

4

0

 

 
 
 
 
 
 

background image

5 | 

S t r o n a

 

 

 

8)   Wnioski: 

 
     Celem  doświadczenia  było  wyznaczenie  momentu  dipolowego  nitrobenzenu.  Porównując 
otrzymaną wartość momentu  dipolowego z wartością tablicową,  która wynosi  4,3D,  widzimy, że 
obie  wartości  nie  odbiegają  znacząco  od  siebie  (4,88%  błędu  względnego).  Zatem  nasz  wynik 
możemy uznać za wysoce prawdopodobny. Te niewielkie różnice można tłumaczyć m.in.: 

 

tzw. błędem eksperymentatora – czyli niewykluczonym brakiem odpowiedniej precyzji przy 
wykonywaniu doświadczenia, np. przy sporządzaniu badanych później roztworów 

 

dokładności  pomiarowej  użytej  aparatury  (zarówno  szkła  laboratoryjnego,  jak  i 
kondensatora i refraktometru) 

 

możliwymi zanieczyszczeniami używanych odczynników i sprzętu pomiarowego 

 

nieco inną, niż tablicowa, temperaturą pomiaru.