Wydział Technologii Chemicznej Kierunek: technologia chemiczna	Lidia Grycz	8.12.2010r.
Nr grupy: 4 Nr zespołu: 2	Nr ćwiczenia: 3	Prowadzący: mgr inż. Marcin Biegun

1. Temat ćwiczenia:Wyznaczanie momentu dipolowego nitrobenzenu.

2. Cel ćwiczenia: Wyznaczenie momentu dipolowego nitrobenzenu.

3. Pomiary i obliczenia:

• Pojemności kondensatora

Substancja	Pojemność kondensatora [pF]
Pusty kondensator	21,5
Benzen	35,5
Nitrobenzen 0,005	37,5
Nitrobenzen 0,01	38,5
Nitrobenzen 0,02	40,5
Nitrobenzen 0,05	49,5
Nitrobenzen 0,08	55,5

• Pomiar współczynnika załamania światła n

Substancja	Próba 1	Próba 2	Próba 3	Średnia arytmetyczna	n^2
Benzen	1,5015	1,5010	1,5020	1,5015	2,25
Nitrobenzen 0,005	1,5020	1,5015	1,5010	1,5015	2,25
Nitrobenzen 0,01	1,5020	1,5010	1,5015	1,5015	2,25
Nitrobenzen 0,02	1,5025	1,5025	1,50230	1,5027	2,26
Nitrobenzen 0,05	1,5050	1,5045	1,5045	1,5047	2,26
Nitrobenzen 0,08	1,5060	1,5060	1,5055	1,5058	2,27

• Pomiar gęstości

Waga pustego piknometru: 11,904 g

Pojemność piknometru: 10 cm³

Substancja	Masa piknometru z roztworem [g]	Waga roztworu [g]	Gęstość d=m/v [g/cm^3]
Benzen	20,602	8,698	0,8698
Nitrobenzen 0,005	20,648	8,744	0,8744
Nitrobenzen 0,01	20,691	8,787	0,8787
Nitrobenzen 0,02	20,782	8,878	0,8878
Nitrobenzen 0,05	20,816	8,912	0,8912
Nitrobenzen 0,08	20,950	9,046	0,9046

• Obliczenia masy cząsteczkowej

M_C6H6 = 78 g/mol

M_C6H5NO2 = 123 g/mol

M = X₁M₁ + X₂M₂

Substancja	Obliczenia masy wg wzoru: M = X1M1 + X2M2 [g/mol]
Benzen	78,000
Nitrobenzen 0,005	78,225
Nitrobenzen 0,01	78,450
Nitrobenzen 0,02	78,900
Nitrobenzen 0,05	80,250
Nitrobenzen 0,08	81,600

• Wyznaczanie stałej dielektrycznej

Przykładowe obliczenia dla nitrobenzenu 0,02:

Substancja	Stała dielektryczna [F/m]
Benzen	2,28
Nitrobenzen 0,005	2,47
Nitrobenzen 0,01	2,56
Nitrobenzen 0,02	2,74
Nitrobenzen 0,05	3,57
Nitrobenzen 0,08	4,12

• Obliczenie wartości polaryzacji roztworów na podstawie wzorów

gdzie:

P₁₂ - polaryzacja roztworu

P₁ - polaryzacja rozpuszczalnika, benzenu

P₂ - polaryzacja substancji rozpuszczonej, nitrobenzenu

x₁ - ułamek molowy rozpuszczalnika, benzenu

x₂ - ułamek molowy substancji rozpuszczonej, nitrobenzenu

M₁₂ - masa cząsteczkowa roztworu

d₁₂ - gęstość roztworu

ε₁₂ - przenikalność dielektryczna roztworu

Substancja	x1	x2	M12 [g/mol]	d12 [g/cm^3]	ε12 [F/m]	P1 [cm^3/mol]	P2 [cm^3/mol]	P12 [cm^3/mol]
Benzen	1,000	0,000	78,000	0,8698	2,28	26,88	-	-
Nitrobenzen 0,005	0,995	0,005	78,225	0,8744	2,47	-	528,88	29,39
Nitrobenzen 0,01	0,990	0,010	78,450	0,8787	2,56	-	391,88	30,53
Nitrobenzen 0,02	0,980	0,020	78,900	0,8878	2,74	-	315,38	32,65
Nitrobenzen 0,05	0,950	0,050	80,250	0,8912	3,57	-	319,88	41,53
Nitrobenzen 0,08	0,920	0,080	81,600	0,9046	4,12	-	227,13	45,97

• Obliczenie wartości refrakcji roztworów na podstawie wzorów

gdzie:

R₁₂ - refrakcja roztworu

R₁ - refrakcja rozpuszczalnika, benzenu

R₂- refrakcja substancji rozpuszczonej, nitrobenzenu

x₁ - ułamek molowy rozpuszczalnika, benzenu

x₂ - ułamek molowy substancji rozpuszczonej, nitrobenzenu

M₁₂ - masa cząsteczkowa roztworu

d₁₂ - gęstość roztworu

n₁₂ - średni współczynnik załamania światła roztworu

Substancja	x1	x2	M12 [g/mol]	d12 [g/cm^3]	n12^2	R1 [cm^3/mol]	R2 [cm^3/mol]	R12 [cm^3/mol]
Benzen	1,000	0,000	78,000	0,8698	2,25	26,38	-	-
Nitrobenzen 0,005	0,995	0,005	78,225	0,8744	2,25	-	12,38	26,31
Nitrobenzen 0,01	0,990	0,010	78,450	0,8787	2,25	-	14,38	26,26
Nitrobenzen 0,02	0,980	0,020	78,900	0,8878	2,26	-	21,88	26,29
Nitrobenzen 0,05	0,950	0,050	80,250	0,8912	2,26	-	31,38	26,63
Nitrobenzen 0,08	0,920	0,080	81,600	0,9046	2,27	-	32,01	26,83

• Wyznaczenie polaryzacji oraz refrakcji nitrobenzenu za pomocą metody ekstrapolacji dzięki programowi StatS

Polaryzacja: 230,412 × x + 28,410

Refrakcja: 7,862× x + 26,205

Polaryzacja nitrobenzenu:

Refrakcja nitrobenzenu:

• Wyznaczenie momentu dipolowego nitrobenzenu na podstawie wzoru

gdzie:

μ - moment dipolowy nitrobenzenu

k - stała Boltzmanna (k = 1,38 × 10^-23 J/K)

ε₀ - przenikalność dielektryczna próżni (ε₀ = 8,85 × 10^-12 F/m)

N - liczba Avogadra (N = 6,02 × 10²³ 1/mol)

T - temperatura (T = 293K)

P - polaryzacja

R - refrakcja

• Przeliczenie wartości momentu dipolowego na odpowiednią jednostkę

1 D = 3,34 × 10^-30 C × m

x D = 3,94 × 10^-31 C × m

x = 0,12 D

4. Wykresy

• Wykres zależności polaryzacji od ułamka molowego nitrobenzenu w roztworze

• Wykres zależności refrakcji od ułamka molowego nitrobenzenu w roztworze

5. Wnioski

• Wraz ze wzrostem polarności roztworu wzrasta pojemność kondensatora i współczynnik załamania światła

• Wraz ze wzrostem ułamka molowego nitrobenzenu, wzrasta polarność i refrakcja.

• Obliczenie refrakcji oraz polaryzacji pozwoliło określić moment dipolowy nitrobenzenu i wynosi on 0,12 D. Uzyskany przez nas wynik nie zgadza się z wartością tablicową, która wynosi 4,3 D.

• Wraz ze wzrostem stężenia nitrobenzenu rośnie gęstość roztworu.

• Błędy mogą być spowodowane niedokładnością aparatury, małą ilością prób i niedokładnie (lub błędnie) wykonanymi pomiarami.

---