Часть II (экспериментальные данные водяного пара)

Исходные данные ко 2-ой части задания

Диэлектрические характеристики водяного пара при исследуемых температуре Т и давлении Р. Данные взяты из учебника (Феймановские лекции по физике, 1978):

Т, К	Р, Па	(ε – 1)	V0 (реал. газа) , 10-6, м3	n, 10-25, м-3
393	75 314	0,004002
423	81 233	0,003712
453	87 113	0,003488
483	92 992	0,003287

Примечания:

1. При проведении опыта концентрация молекул водяного пара была постоянной. Молярный объем реального водяного пара V_0.реал можно найти из усеченного вириального уравнения состояния реального газа PV₀/RT = 1+ B(T)/V₀ + … , где B(T) – второй вириальный коэффициент.

2. Для коэффициента В(Т) (для водяного пара от 323 до 733 К) справедливо эмпирическое выражение В(Т)=[2,062 – (2,9017  10³/Т) exp (1,7095 10⁵/Т²)} 18,01610^-6 м³/моль.

1. Найдите значения общей поляризуемости молекулы воды при температурах, приведенных в таблице исходных данных:

α_общ=ε₀(ε – 1)/n.

2. Рассчитайте значения n(N_A/V_0.реал ), где V_0.реал находится из уравнения состояния реального газа (из усеченного вириального уравнения состояния).

3. Постройте (на миллиметровой бумаге или с помощью электронной таблицы) зависимость α_общ=f(10³/T). Экстраполируя эту зависимость к бесконечно высокой температуре (10³/T = 0), найдите α_деф и α_ор. Из выражения α_ор=μ²/(3kТ) найдите значение постоянного дипольного момента молекулы (для Т = 393.15 К) и сравните его с теоретическим.

4. Из выражения Р_М =(ε – 1)V₀=(N_А/ε₀) [α_деф + μ²/(3kТ)] найдите значения дипольного момента μ молекулы воды при четырех температурах (393;423; 453 и 483 К), считая α_деф=const, и сравните их со значением μ, определенным ранее..

5. Определите молярную поляризацию водяного пара из выражений Р_М =(ε – 1)V₀ и и Р_М =(N_А/ε₀) [α_деф + μ²/(3kТ)] и сравните полученные значения.

Часть III (Конденсированное состояние вещества)

Исходные данные к 3-ой части задания

Экспериментальное значение диэлектрической проницаемости льда Ih при Т_пл = 273,15К равно 91.67. Концентрация молекул во льду при температуре плавления n =(N_А/V₀)=3,06410²⁸м^-3. Внутренняя энергия взаимодействия молекул во льду при температуре плавления по модулю равна 48800 Джмоль^-1, молярный объем льда – 19.65310^-6м³/моль, угол между связями О–Н в молекуле Н₂О во льду при температуре плавления равен 109; среднее значение показателя преломления – 1,3099 [экспериментальное значение n_ при t=-3С (Эйзенберг Д., Кауцман В., 1975)].

1. По формуле Фрелиха найдите значение дипольного момента молекулы в среде полагая, что =L(x), а L(x) в сильных полях равно: L(x)2U_вз/(2U_вз + RТ), где R =8,314 Дж моль^-1К^-1.

2. Из выражения

р (Н₂О)=2 р (_О–Н) cos(/2)

определите дипольный момент связи О–Н в молекуле воды во льду при указанных условиях.

3. Из выражения р _(О–Н) = ^кондr(_О–Н) найдите величину эффективного заряда на атоме водорода во льду в значениях заряда электрона e , если длина О–Н-связи в молекуле r_O-H во льду равна 1.0110^-10м (0,9572Å).

4. Определите молярную рефракцию льда при температуре плавления и электронную поляризуемость молекулы во льду при Т_пл (_{эл.конд}). Сравните значение _{эл.конд} с величиной _эл.вак  =160.6710^-42  , Клм²В^-1, где (квадрат оптического показателя преломления).