由以上计算结果可知,用约简后的介电常数计算结果进行线性拟合会显著增大最终结果的相对偏差。因此为合理减小结果的相对偏差,采用未约简的计算结果进行线性拟合。另外由于数据量太少,拟合本身并不精确,个别数据偏移会严重影响拟合效果,导致拟合误差较大。
综上,对偶极矩相对偏差贡献最大的部分是电容测量仪的不稳定性造成的测量误差,以及线性拟合引入的误差。测量仪读数的误差也有影响,但影响较小。 3.3 结果评价
正丁醇偶极矩的文献值[1]为(1.66±0.03)D,本实验在20.1℃下测定得到正丁醇的偶极矩为(1.65±0.06)D,相对偏差为3.6%,与文献值的偏差为0.6%。实验中最主要的误差来源是介电常数的测定和线性拟合,导致相对偏差较大。 4 思考题
(1)分子在电场中的极化有哪些类型?本实验测定偶极矩时对这些类型的贡献是如何考虑的?忽略原子极化度会引入多大误差?
答:分子在电场中的极化包括电子极化、原子极化和转向极化。电子极化指电子和原子核发生相对位移,原子极化指键长和键角改变,转向极化指极性分子在电场中按一定取向规则排列以降低其势能。
不同类型的极化有不同的松弛时间,电子极化的松弛时间小于10-15s,原子极化为
10-14s,极性分子转向极化为10-11~10-12s。在静电场中测定总摩尔极化度并忽略原子极化度的贡献,在可见光下测定电子极化度。、
原子极化度占摩尔诱导极化度的5%~15%,故按照10%估算:
诱
若考虑原子极化度在总摩尔极化度中的贡献,则
忽略原子极化度的贡献算得的结果为1.65D,相比之下引入了1.9%正误差。 (2)若电容测定中有±0.01pF的读数误差,将对最后结果引起多大误差? 答:见3.2误差分析部分。
(3)室温的变化对本实验的最终结果有多大影响? 答:假定实验过程中温度波动范围为1℃。 温度波动对介电常数的影响:
由环己烷的介电常数随温度变化的公式,温度每变化1℃介电常数变化0.0016。而由3.2误差分析可知,电容测量仪读数误差为0.01pF引入的介电常数计算误差为0.01,因此温度波动对于介电常数的计算结果的影响基本可忽略。 温度波动对折射率的影响:
正丁醇20℃下的折射率为1.3991,本实验在18.0℃时测定正丁醇的折射率为1.3996,因此估测正丁醇折射率的温度系数为-0.0003,则 =0.0003:
故温度变化1℃引入0.003D偏差,相对偏差0.2%。
由以上计算可知,实验条件下温度变化对最终结果的影响较小。
5 参考文献
[1] W. M. Haynes, ed., CRC Handbook of Chemistry and Physics, 96th Edition (Internet Version 2016), CRC Press. 6 致谢
感谢郭萌老师的讲解和指导,感谢同实验室同学的讨论与帮助。