Ewelina Zielińska, Agnieszka Magiera

Polaryzowalność cząsteczki - moment dipolowy

1. Moment dipolowy

Moment dipolowy, a dokładniej elektryczny moment dipolowy, jest to wektorowa wielkość fizyczna, która charakteryzuje dipol elektryczny. Elektryczny moment dipolowy (oznaczany literą p) dwóch ładunków punktowych o jednakowych wartościach ładunku q i przeciwnych znakach jest równy iloczynowi odległości między nimi i wartości ładunku dodatniego. Zapisujemy to w postaci równania:

p = qd,

gdzie d - wektor mający kierunek prostej łączącej ładunki q i zwrot od ładunku ujemnego do dodatniego.

Jednostką elektrycznego momentu dipolowego w układzie SI jest [ C ∙ m ]. Jednakże w fizyce atomowej i chemii stosuje się również jednostkę debaj [D].

W ćwiczeniu drugim wykonałyśmy czynności umożliwiające nam pomiar elektrycznego momentu dipolowego. Skorzystałyśmy z metody optycznej opisanej w instrukcji. Poniżej zamieszczamy kolejne czynności i obliczenia (wraz ze wzorami), które wykonywałyśmy, aby obliczyć moment dipolowy wykonanych przez nas roztworów.

1. Dane:
numer roztworu	waga kolbki z korkiem [g]			waga związku polarnego z kolbką i korkiem [g]			waga rozpuszczal- nika z kolbką [g]			ilość związku polarnego			ilość rozpuszczalnika
										[cm^3]		[g]	[cm^3]	[g]
1	33,99			34,72			38,2			0,5		0,73	49,5	15,51
2	30,66			32,92			37,52			1,5		2,26	48,5	17,84
3	28,36			32,82			36,41			3		4,46	47	18,64
4	23,27			30,65			34,85			5		7,38	45	21,73
5	29,13			39,65			33,2			7		10,52	43	13,87
6	23,64			38,5			30,75			10		14,86	40	16,36
7	24,79			32,15			34,48			5		7,36	45	20,21
	ułamek molowy związku polarnego			C'x [pF]			gęstość roztworu [kg/m^3]			epsilon x [pF]		p roztworu [m^3/kg]
1				76						0,407894737
2				78						0,397435897
3				79						0,392405063
4				89,5						0,346368715
5				84						0,369047619
6				88						0,352272727
7				81						0,382716049
		Vkolbki=50 cm^3
		nchloroformu=1,448
		pusty kondensator Co=44pF
		czysty cyhloheksan Ch=75pF
		ni/ mi chloroformu = 0.39x10^29 [C x m] lub 1,18D
Uwaga!
POMIA 7 TO POWTÓRZENIE PRÓBY 4

2. Obliczenia

a) wyznaczanie pojemności czynnej i biernej kondensatora cieczowego.

Skorzystałyśmy ze wzorów :

Cc=

-31,17144294

pF

Pojemność czynna :

Pojemność bierna :
Cb= 31pF

gdzie:

- pojemność pustego kondensatora

- pojemność kondensatora z cykloheksanem

- względna stała przenikalności elektrycznej cykloheksanu

b) wyznaczanie przenikalności elektrycznych roztworów chloroformu i cykloheksanu

Skorzystałyśmy ze wzoru:

gdzie:

- pojemność kondensatora wypełnionego roztworem x (chloroformem lub cykloheksanem)

1	epsilon x*	0,407894737	pF
2	epsilon x*	0,397435897	pF
3	epsilon x*	0,392405063	pF
4	epsilon x*	0,346368715	pF
5	epsilon x*	0,369047619	pF
6	epsilon x*	0,352272727	pF
7	epsilon x*	0,382716049	pF

c) obliczanie polaryzacji właściwej

Skorzystałyśmy ze wzoru:
. Jednak wcześniej musiałyśmy obliczyć gęstości poszczególnych roztworów w oparciu o zasadę addytywności:

gdzie:

d_cykloheksanu=

d_chloroformu=

x - ułamek molowy

Lp.	masa cykloheksa-nu [g]	liczba moli cykloheksanu [mol]	ułamek molowy cykloheksa-nu
1	15,51	0,184642857	0,95504926
2	17,84	0,212380952	0,88756219
3	18,64	0,221904762	0,80692641
4	21,73	0,258690476	0,74647887
5	13,87	0,165119048	0,56867569
6	16,36	0,194761905	0,52402306
7	20,21	0,240595238	0,73304316

Wyniki umieściłyśmy poniżej w tabelach:

Lp.	masa chloroformu [g]	liczba moli chloroformu [mol]	ułamek molowy chloroformu
1	0,73	0,006134454	0,04495074
2	2,26	0,018991597	0,11243781
3	4,46	0,037478992	0,19307359
4	7,38	0,062016807	0,25352113
5	10,52	0,088403361	0,43132431
6	14,86	0,12487395	0,47597694
7	7,36	0,061848739	0,26695684

p1=	-0,305325409
p2=	-0,294829707
p3=	-0,279465155
p4=	-0,264909658
p5=	-0,247735545
p6=	-0,248919163
p7=	-0,321389614

d1=	0,80537562
d2=	0,85248159
d3=	0,90876537
d4=	0,95095775
d5=	1,07506437
d6=	1,1062319
d7=	0,96033587

d) obliczanie całkowitej polaryzacji molowej

Obliczałyśmy ją w oparciu o wzór:

gdzie:

p - polaryzacja właściwa

M_chloroformu - masa molowa chloroformu wynosząca 119,38
.

P1=	-36,33372368
P2=	-35,08473519
P3=	-33,25635339
P4=	-31,5242493
P5=	-29,48052991
P6=	-29,62138035
P7=	-38,24536406

e) obliczanie refrakcji molowej w oparciu o wzór:

gdzie

M - masa molowa chloroformu

d - gęstość wyznaczona we wcześniejszym podpunkcie

n - współczynnik załamania światła

RD1=	81,02292486
RD2=	44,40011775
RD=	41,65022612
RD3=	39,80227639
RD4=	39,80227639
RD5=	35,20745743
RD6=	34,21550488
RD7=	39,41358868

f) obliczanie momentu dipolowego chloroformu w oparciu o wzór:

gdzie

g) rachunek błędu: błąd bezwzględny i względny

3. Porównanie momentu dipolowego chloroformu z wartością z literatury - wnioski