Способ измерения дипольных моментов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ

Саюз Сееетскнк

Сецналнатимесиив

Республик р>737821 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву— (я)щ, f(g,2

G N 27/22 (22) Заявлено126Л277 (21) 2560340/18-25 с присоединением заявки Йо—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Прморитет—

Опубликовано 300580. Бюллетень Н9 20 (53) УДК 551.508.7 (088. 8) Дата опубликования описания 05.06.80 (72) Автор изобретения

A. й. Потапов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИПОЛЬНЫХ МОМЕНТОВ температурного коэффициента диэлектрической проницаемости раствора.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерений.

Цель достигается тем, что к исследуемому раствору прикладывают одновременно напряжение высокой (U ) и низкой (U ) частот и дополнительно из н меряют разность между статической и высокочастотной диэлектрическими проницаемостями раствора, связанную с дисперсией диэлектрической проницаемости этого раствора на низкой и высокой частотах й„ и йЬ, которые выбирают из условия f «)) Еь )),г >1 f причем концентрацию раствора выбирают так, чтобы удовлетворялось требование

Мв <<. Npf а дипольный момент вычисляют по формуле

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению дипольных моментов молекул.

Известно измерение дипольных моментов молекул, основанное на определении ориентационного эффекта полярных молекул под воздействием внешнего электрического поля (1).

Однако известный способ недостаточно точен.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения дипольных моментов молекул веществ, растворенных в неполярных растворителях, основанный íà on- 15 ределении зависимости статической диэлектрической проницаемости раствора и определении зависимости последней от концентрации раствора (2).

Известный способ измерения дипольных моментов трудоемок и.имеет ограниченную точность, в связи с относительно низкой точностью измерения приращений концентраций Растворейного25 вещества и соответствующих приращений диэлектрических проницаемостей с принимаемым допущением об отсутствии у вещества атомной поляризации и в свя,зи.с дестабилизирующим проявлением (1

f „„- частота, ° на которой не проявляются атомная и ориентационная поляризации молекул;

f> — частота, на которой не проявляется ориентационная поляризация молекул;

737821

Рабочую частоту f(„ выби зают, исходя иэ условия 4m » fg » . В соот еетствии с этим условием диэлектрическую проницаемость предельно разбавленного раствора измеряют на частоте, при которой уае не проявляется орйентационная поляризация, но еще не проявляется атомная поляризация.

В соответствии с уравнением Клауэиуса-Иоссотти можно (1) и (2) переписать в виде ад зю) (- Р. ещ- 1 4 ми ж "р (4)

-15 . вр+2

+ А

Отсюда следует — время релаксации молекул;

Ун - частота, соответствующая статической диэлектрической проницаемости)

К вЂ” постоянная Больцмана;

Т вЂ” температура,.К>

Ng — количество молекул исследуемого полярного вещества в единице объема

И вЂ” концентрация непоР лярного растворителя

6 иЕЗ: диэлектрические проницаемости растворителя и растворенного ве щества; дЯ (E, -E 1- разность диэлектриЕт.р ческих проницаемостей раствора, соответствукщих ее значениям на низкой (f ) и высок кой (Е ) "частотах.

Поляризация раствора Р, при измерении на низкой частоте Е„ включает в себя ориентационную поляризацию растворенного вещества Р „ и деформационные поляризации растворителя Ps,р. и растворенного вещества Р, т. е. р у Р д р () Поляризация раствора Р при измерении на высокой частоте f равна сумме деформационных поляризаций растворителя и растворенного вещества Р,р. и Р . т. е. (2) Р=Р р ду"д д.

Равенство удовлетворяется только при выполнении условия, « f(„необходимость выполнения которого следует иэ уравнения Дебая ст (3) р ь 1 (ат,) где Я вЂ” диэлектрическая проницаемость вещества, измеренная на частотах, при которых не йроявляется ориентационная поляризация и определяет вклад электронной и атом ных поляризуемостей

6 — )диэлектрическая проницае. п.

MocTb вещества, измеренная на низких частотах, когда она определяет вклад ориентационной, атомной и электронной поляриэуемостей;

N=ЯЮ;

Ф вЂ” рабочая частота . измерения

C время релаксации молекулы.

Рабочую частоту Щ, при измерении выбирают, исходя иэ условия (Qj Ф ) << 1. Этому условию практически во всех случаях удовлетворяют

"вое частоты менее 10в 1 ц, которые удобны и общеприняты в измерительйой технике при определении емкостей. ая; Еа . -6 у

Вр т + А> () и, затем

) }

) enа9

pi

4 и.И 1f (6 д esp где N+ — количество дипольных молекул в единице объема.

НЙ фиг. 1 представлены частотные зависимости с в соответствии с урав30 нениями, используемыми при выводе рас« четной формулы (6), поясняющие предлагаемый способ измерения дипольных моментов; на фиг. 2 — устройство, реализующее предлагаемый способ измереЯ ния.

Способ сводится к подготовке раствора с иевзаимодействующими полярными молекулами в неполярном растворителе с 6„ и одновременному измерению

<О диэлектрйческих проницаемостей Е„ и б р соответственно на частоте щ,. когда имеет место вклад ориентационной поляризуемости в общую величину поляриэуемости молекул, и на частоте цз, когда ориентационная поляриэуе45 мость уме не проявляется в связи с инерционностью переориентации моле-, кул под воздействием высокочастотного поля Ш, с последующим расчетом р . Условие невзаимодействия мещ1у

50 полярными молекулами йц « .N - - вы- бирается иэ условия, которое в Ролняется при измерениях дипольных моментов веществ в газовой фазе (1 метод

Дебая) . у Измерительная ячейка 1, которая заполняется раствором с исследуемым

Веществом, представляет собой конструкцию иэ двух электродов, выполняющую функции электрического конденсатора (при измерении 6 ) и открытого резонатора (при измерении 6g) . Электрический конденсатор 1 включается в схему 2 измерения емкости (С), а от крытый резонатор 1 в схему 3 измерения собственной частоты (f) . Иэмеряееэ мые параметры Cuf являются результа7З7821 .

4%!!, (е +м где

onr.

Ь

Т

N и)! виде!

И f) (8) Е и С

< с.т р а р) Формула изобретения том преобразования измеряемых значе« ний бд и ЕВ ! где и — расстояние между электродами измерительной ячейки) S

3 - площадь электрода измерительной ячейки) п — ко!пичество полуволн, укладывающихся на длине dI с — скорость света. 39

Преобразование осуществляется с помощью блоков 4 и 5. Соответствующие сигналы с преобразователей 4 и 5 одновременно поступают на устройство б, с помощью которого выделяется раз- )g ность диэлектрических проницаемостей бг. н выполняется решение уравнения (6), и с которого результат обработки сигналов подается на индикаторное устройство 7, осуществляющее непосред-2 ) ственную регистрацию информации. в единицах диполъного момента.

Возможность непосредственного измерения р следует иэ воэможности нор мирования концентрации N и температуры Т к заданным значениям. Т. е. при измерении р переменной величиной является приращение !!Ь С„ р- Еьр, которое непосредственно измеряется, а уравнение прибора можно представить в

ЯMÄ где у@ьи — коэффициент пропорци- З> ,ональности.

Предлагаемый способ благодаря высокой точности и быстродействию измерений позволяет существенно расширить экспериментальные возможности изме- 40 рений дипольных моментов °

Способ измерения дипольных моментов молекул веществ, растворенных в неполярных растворителях, заключающийся в измерении статической диэлектрической проницаемости раствора и определении зависимости последней от концентрации, о т л и ч а ю щ и й- 50 с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, к исследуемому раствору прикладывают одновременно напряжение высокой и низкой частот и дополнительно измеряют разность между статической и высокочастотной диэлектрической проницаемостями раствора, связанную с дисперсией диэлектрической проницаемости раствора На низкой и высокой частотах

Йн и fl!, которые выбирают иэ условия

fH fiL. (< ft,(npH eM KOHUeHTpaцню pàñTÝOÜà âûáèðàloò àê удовлетворялось требование N))((йр-Г > а дипольный момент вычисляют по форр у муле частота, на которой не проявляются атомная и ориентационная поляризации; время релаксации; частота, соответствующая статической диэлектрической проницаемости; частота, на которой не проявляется ориентационная поляризация; постоянная Больцмана; температура, К; концентрация неполярного растворителя и исследуемого полярного вещества; диэлектрические проницаемости раство- рителя и растворен ного в нем полярного вещества; разность между диэлектрическими проницаемостями раствора, соответствующих ее значениям на низкой (f„) и высокой (f ) частотах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Осипов О. A. и др. Справочник яо дипольным моментам. Высшая шко"ла, 1971.

2. Минкин В. И. и др. Дипольные. моменты в органической химии. Л., : Химия, 1968, с. 21-62 (прбтотип), Заказ 2563/7

Тирам 1019

Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, X-35, Рауыская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Укгород, ул. Проектная, 4

Составитель. A. Платова

Редактор В. Романенко Техред H.Êoâàëåâà Корректор С. Шекмар