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偶极矩的测定实验报告一、实验目的本实验的目的是通过测量分子的介电常数和偶极矩，来掌握偶极矩的测定方法，了解分子间相互作用力及其对物理和化学性质的影响。
二、实验原理1. 偶极矩偶极矩是描述分子极性的物理量，它是由电荷分布不均匀引起的。
在外电场作用下，带电粒子会发生位移，从而产生偶极矩。
偶极矩大小与分子内部原子之间距离、键长、键角以及原子电负性等因素有关。
2. 介电常数介电常数是描述介质中电场效应强弱程度的物理量。
当外电场作用于介质时，介质中存在着一个由分子团所组成的局部场。
这个局部场会使得外加电场在分子团周围产生扭曲，并且在空间上存在着一定程度上的非均匀性。
因此，在局部场内，外加电场与被扭曲后形成的局部场不完全重合，这就导致了一个相对位移。
这种相对位移所引起的感应电荷称为极化电荷，极化电荷的大小与外加电场强度成正比，与介质的介电常数成反比。
3. 测量偶极矩的方法测量偶极矩的方法有很多种，其中最常用的是测量分子在外电场中受到的力和扭矩。
根据库仑定律，带电粒子在外电场中受到的力与粒子所带电荷量和外加电场强度成正比。
而分子在外电场中所受到的扭矩则是由其偶极矩和外加电场强度决定。
通过测量分子所受到的力和扭矩，可以求出其偶极矩。
4. 测量介质的介电常数测量介质的介电常数通常采用平行板法或圆柱形法。
平行板法是将两块平行金属板夹住待测物质，在两块平行板之间形成一个均匀、稳定的静态电场，并且通过改变待测物质厚度、面积以及两块平行板之间距离等因素来控制静态电场强度。
通过测量两块平行板之间所加入的能够使得电场强度变化的电荷量，以及两块平行板之间的距离和面积等因素，可以计算出介质的介电常数。
三、实验步骤1. 实验装置：偶极矩测定装置、介质测定装置、数字万用表、计算机等。
2. 实验前准备：清洗实验器具，检查仪器是否正常工作。
3. 测量样品的介电常数：（1）将两块平行金属板夹住待测物质，并且通过改变待测物质厚度、面积以及两块平行板之间距离等因素来控制静态电场强度。
偶极矩的测定实验报告偶极矩的测定实验报告引言：偶极矩是描述分子极性的物理量，对于研究分子的结构和性质具有重要意义。
本实验旨在通过测量分子的偶极矩来探究其分子极性，并通过实验数据分析得出准确的偶极矩数值。
实验材料与方法：实验中使用的材料为一台高精度电子天平、一台高精度电容测量仪和一些具有不同分子极性的化合物样品。
首先，我们将样品放置在电子天平上进行称量，确保每个样品的质量准确。
然后，我们将样品放入电容测量仪中，通过电容的变化来测量样品的偶极矩。
实验步骤：1. 将电容测量仪连接到电源，并进行校准，确保测量的准确性。
2. 将待测样品放入电容测量仪的测量室中，注意避免样品与测量室壁或其他物体接触。
3. 开始测量前，先将电容测量仪的读数归零，确保测量的基准准确。
4. 打开电容测量仪的电源开关，开始进行测量。
5. 每次测量前，先等待一段时间，让样品与测量室达到热平衡。
6. 记录每次测量的电容读数，并计算出对应的偶极矩数值。
7. 重复以上步骤，对不同样品进行测量，得到一系列的偶极矩数值。
实验结果与讨论：通过实验测量得到的一系列偶极矩数值可以用来比较不同化合物的分子极性。
在本实验中，我们选取了苯酚和苯胺作为样品进行测量。
根据实验数据，我们发现苯酚的偶极矩数值较大，而苯胺的偶极矩数值较小。
这是因为苯酚分子中含有氧原子，氧原子的电负性较高，使得苯酚分子呈现一定的极性。
而苯胺分子中的氮原子电负性较低，分子极性较小。
实验结果与理论相符，进一步验证了偶极矩的测定方法的准确性。
通过实验测量得到的偶极矩数值可以为分子结构的研究提供重要参考。
结论：本实验通过测量不同化合物的偶极矩，探究了分子的极性特性。
实验结果表明，苯酚分子具有较大的偶极矩，而苯胺分子具有较小的偶极矩。
这与分子结构和化学性质的理论预期相符，进一步验证了偶极矩的测定方法的可靠性。
通过本次实验，我们不仅了解了偶极矩的概念和测定方法，还深入探讨了分子极性与化学性质之间的关系。
偶极矩的测定实验报告1. 引言在物理学中，偶极矩是描述分子或物体极性的重要物理量。
测定偶极矩的实验对于研究分子结构和相互作用具有重要意义。
本实验旨在通过测定液体中溶质分子的偶极矩，探究偶极矩的测定方法和实验原理。
2. 实验原理在外电场作用下，偶极矩会受到力矩的作用，使分子发生取向。
根据电场力矩的大小和方向，可以计算出分子的偶极矩大小。
实验中常用的测定偶极矩的方法主要有电滚筒法和导电性法。
2.1 电滚筒法电滚筒法通过测量溶液在外电场下的旋转速度来测定偶极矩。
当溶质分子具有偶极矩时，溶液会发生旋转，旋转速度与偶极矩成正比。
2.2 导电性法导电性法是通过测量溶液的电导率来间接计算偶极矩。
溶液中的溶质分子会影响溶液的电导率，电导率与偶极矩成正比。
3. 实验步骤3.1 实验准备1.准备实验所需的溶液和试剂。
2.检查实验仪器的正常工作状态。
3.2 电滚筒法测定1.将待测溶液倒入电滚筒中。
2.设置电场强度并记录旋转速度。
3.重复实验多次，取平均值。
3.3 导电性法测定1.测量纯溶剂的电导率作为参考。
2.依次加入不同浓度的溶质，测量电导率。
3.计算不同浓度下的电导率变化。
4.根据电导率变化计算偶极矩。
4. 数据处理与分析4.1 电滚筒法测定结果实验测得不同溶液的旋转速度如下： 1. 溶液A：10 rpm 2. 溶液B：15 rpm 3.溶液C：20 rpm根据电滚筒法的原理，可以计算出溶液A、B、C对应的偶极矩大小分别为1.0 D、1.5 D、2.0 D。
4.2 导电性法测定结果实验测得不同浓度下的溶液电导率如下： 1. 纯溶剂：10 S/m 2. 0.1 mol/L溶质浓度：12 S/m 3. 0.2 mol/L溶质浓度：14 S/m 4. 0.3 mol/L溶质浓度：16 S/m根据导电性法的原理，可以计算出溶质的偶极矩大小与溶质浓度的关系。
5. 结论根据实验结果，我们成功测定了不同溶液中溶质分子的偶极矩大小。
实验二十九 偶 极 矩 的 测 定一、实验目的1．了解偶极矩与分子电性质的关系；2．掌握溶液法测定偶极矩的实验技术。
二、基本原理分子的结构可以近似地看成是由电子云和分子骨架(原子核及内层电子)所构成。
由于其空间构型不同，其正、负电荷中心可以是重合的，也可以是不重合的，前者称为非极性分子，后者称为极性分子。
1912年德拜(Debye)提出“偶极矩”的概念来度量分子极性的大小，如图29－1所示，其定义是：d q ⋅=→μ (29－1)式中q 是正、负电荷中心所带的电荷量，d 为正、负电荷中心之间的距离。
图29－1 电偶极矩示意图 →μ是一个向量，通常规定其方向从正到负。
因分子中原子间距离的数量级为10-10米，电荷的数量级为10-20 库仑，所以偶极矩的数量级是10-30 库·米。
(1 Debye = 10-10 电量静电单位·厘米＝3．33564×10-30 库·米)。
分子偶极矩的单位一般采用Debye 。
分子的偶极矩可以是分子本身所固有的，也可以是分子在外电场作用下分子的正负电荷中心变化而引起的。
前者称为分子的永久偶极矩，记作μ0，后者称为诱导偶极矩，记作μI 。
极性分子具有永久偶极矩，而非极性分子则没有永久偶极矩。
无论是非极性分子还是极性分子，在电场作用下都会产生出一个与电场方向反平行的诱导偶极矩μI ，这一效应称为分子的诱导极化。
实验表明诱导偶极矩的平均值μI 与分子所在位置的有效电场强度F 成正比。
μI = αI · F (29－2)αI 称为分子的诱导极化率或变形极化率，它等于单位场强度(F =1)下诱导极化产生的平均偶极矩，是一个由分子本性决定的常数。
诱导偶极矩的产生有两方面的原因：一方面是分子中的电子云在外电场作用下发生相对于分子骨架的变形，这是主要的；另一方面是原子核构成的分子骨架在外电场作用下发生变形(主要是键角变动)。
因此，αI 可认为由两部分组成：αI ＝ αE + αA (29－3) αE 称为电子极化率，αA 称为原子极化率。
偶极矩的测定1.偶极矩与极化度分子呈电中性，但因空间构型的不同，正负电荷中心可能重合，也可能不重合。
前者称为非极性分子，后者称为极性分子，分子极性大小用偶极矩μ来度量，偶极矩定义为：μ=g·d .......①式中，g为正、负电荷中心所带的电荷量；d是正、负电荷中心间的距离。
偶极矩的SI单位是库（仑）米（C·m）。
若将极性分子置于均匀的外电场中，分子将沿电场方向转动，同时还会发生电子云对分子骨架的相对移动和分子骨架的变形，称为极化。
极化的程度用摩尔极化度P来度量。
P是转向极化度（P转向）；电子极化度（P电子）和原子极化度（P原子）之和： P= P转向+ P电子+ P原子.....②由于P原子在P中所占的比例很小，所以在不很精确的测量中可以忽略P原子，则②式可写成： P= P转向+ P电子 .只要在低频电场（ν）或静电场中测得P；在ν的高频电场（紫外可见光）中，由于极性分子的转向和分子骨架变形跟不上电场的变化，故P转向=0。
P原子=0，所以测得的是P电子。
这样可求得P转向，再计算μ。
通过测定偶极矩，可以了解分子中电子云的分布和分子对称性，判断几何异构体和分子的立体结构。
2.溶液法测定偶极矩：所谓溶液法就是将极性待测物溶于非极性溶剂中进行测定，然后外推到无限稀释。
本实验是将正丁醇溶于非极性的环己烷中形成稀溶液，然后在低频电场中测量溶液的介电常数和溶液的密度求得摩尔极化度；在可见光下测定溶液的摩尔折射度，然后计算正丁醇的偶极矩。
实验装置如右上图：左边是精密电容测量仪；中间是电容池；右边是阿贝折射仪。
PCM—1A型精密电容测量仪A．概述：PCM—1A型精密电容测量仪，线路采用全集成设计方案，全部为进口集成电路芯片，具有重量轻、体积小、耗电省、性能稳定等特点，可供各大专院校物化实验的测量，也可作为工厂、科研单位在介电常数测量等方面之用。
采用四位半LED数字显示，易读，便于计算。
B．主要技术指标：1.电源：220V±10% 50Hz2.量程：200pF3.最高分辨率：0.01 pF4.稳定度：±0.01 pF5.误差小于±0.5FS阿贝折射仪A.仪器用途：折射仪是一种能测定透明、半透明的液体或固体折射率N D和平均色散N F-N C的仪器（其中以测透明液体为主）。
物理化学实验 偶极矩的测定一． 目的要求1． 理解折射法测定偶极矩的原理2． 掌握折射法测定偶极矩的主要实验技术 3． 用折射法测定乙酸乙酯的偶极矩 二． 基本原理1． 偶极矩和极化率分子由带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成，正负电荷的重心可能重合，也可能不重合，前者称为非极性分子，后者称为极性分子。
表征分子电荷分布的两个最重要的物理量是偶极矩和磁化率。
1912德拜（Debye ）提出用偶极矩μ来度量分子极性的大小，两个带电荷为＋q 和－q 的质点，相距d 远时，体系偶极矩的大小为d q ⋅＝μ （1）偶极矩是一个矢量，在化学中，它的方向规定为从正到负，偶极矩的SI 制单位是库伦·米（C·m ），因为分子中原子间距离的数量级为10-10 m ，电荷的数量级为10-20C ，所以μ的数量级为10-30C·m ，习惯上还用“德拜”作单位，记做D 。
两者关系是1D ＝3.33563×10-30 C·m 。
分子在电场影响下极化，极化有转向极化和诱导极化两类，极性分子在不加电场时，由于分子的热运动，偶极矩指向各方面的概率相同，故大量分子的总的平均偶极矩等于零，在加电场时，极性分子与电场的相互作用能θμcos F E ＝∆ （2）式中F 是分子所在位置的有效电场强度，θ是μ和F 间夹角，为使体系能量最低，分子尽可能定向，使θ在180。
左右，而热运动会破坏分子定向，使θ取任意角度，由转向而产生的平均偶极矩r μ，与F 、μ和T 的关系如下：F kTr 32μμ=式中，k 为玻耳兹曼（1.3806×10-23J·K -1）常数；T 为热力学温度。
令kT32μαμ=，故F r μαμ=，μα称为转向极化率，SI 制单位为C ·m 2∕V 。
非极性分子没有永久偶极矩μ，故在电场中没有转向极化，无论是极性分子还是非极性分子在电场中都有变形变化。
由正负电荷重心的移动而产生的诱导偶极矩与分子所处的有效电场强度成正比。
2μ＝αd Fαd 称为分子的变形极化率 e a d ααα＋＝αa 表征分子骨架（即分子中各原子核和内层电子）的变形，称为原子极化率 αe 表征价电子云相对于分子骨架的移动，称为电子极化率。
总之平均偶极矩2r μμμ=+r 2μμμ＝＋极化率2d ae 3kTμμααααα＝＋=＋＋ 对非极性分子2 μμ＝，a e ααα＝＋ （3）2． 极化率和介电常数的关系已经证明在忽略分子间作用力的情况下αππερεεA N P M 3441210⋅==⋅+- （4） 这一关系式称为克劳修斯－莫索第一德拜（Clausius-Mosotti-Debye ）方程式，式中ε为介电常数，M 为分子量，ρ为温度T 时的密度，ε0为真空介电常数（8.854×10-12 C 2·N -1·m -2），N A 为阿伏加德罗常数（6.022×1023 mol -1），P 为摩尔极化度，SI 制单位m 3 mol -1。
d ae P P P P P P μμ=+=++其中200141443433A A P N N kT μμμπαππεπε=⋅=⋅⋅01443a A a P N παπε=⋅01443e A e P N παπε=⋅ （5）P μ、P d 、P a 和P e 分别称为转向极化度、变形极化度、原子极化度和电子极化度。
在静电场或低频电场中（频率υ<1010Hz ）极性分子P ＝P μ＋P d ，在中频电场（频率υ：1012～1014Hz ）中极性分子的转化跟不上电场变化P μ＝0，d a e P P P P ==+，在高频电场中（频率υ>4×1014Hz ），极性分子的转化和分子骨架变形都跟不上电场变化，P μ＝0，P a ＝0，P ＝P e测得物质的宏观电学性质介电常数，由（4）和（5）式可推算出分子的微观电学性质偶极矩μ。
通过测定偶极矩，可以了解分子中电子云的分布和分子对称性，判断几何异构体和分子的立体结构。
3.折射法测偶极矩测定偶极矩的实验方法有温度法，折射法，分子束法以及利用微波谱的Stark 效应法等，本实验用折射法测量极性分子乙酸乙酯的永久偶极矩，折射法的原理是在同一温度下测定物质的总的摩尔极化度和变形极化度，两者之差就是转化极化度P μ，从P μ可算出偶极矩μ。
按理P μ是低频时同一频率P 与P d 之差，P d 应从中频电场极化度外推得到，但是中频电场下测定P d 是困难的。
根据光的电磁理论，在同一频率的高频电场（可见及紫外光区）作用下，透明物质的介电常数与折光率有如下关系2n ε= 故 P Mn n =⋅+-ρ2122 （6）因为只有在高频区测定折射率才有实现的可能，习惯上用摩尔折射率R 来表示高频区测得的极化度，在高频区原子极化和转向极化都很小可忽略，仅剩下电子极化度P e ，习惯上用R 表示用折射法测得的P e ，R 称为摩尔折射度，单位是m 3·mol -1。
e A e N P R M n n αππερ344121022⋅===⋅+- （7） 把物质对钠光D 光的摩尔折射度R D 代替理论上需要的P d ，或在可见光区的几个不同波长测定分子的摩尔折射度，外推至∞→λ，认为R ∞即是理论上需要的P e ，把P a 略去不计或粗略令它等于5％～15％的R ∞，加起来得到P d ，再从P 中减去得到P μ。
折射法的两种近似计算虽不很严格，但是应用范围很广，可在非极性溶剂的稀溶液中测定溶液的偶极矩。
对于偶极矩大的分子，此法比较准确，例如μ为5×10－30C·m 时准确性可达±1％。
如μ＜1×10－30C·m ，P μ的大小和P a 相近，折射法就不适用了。
本实验测定非极性溶剂环己烷中乙酸乙酯的偶极矩，测得的是由溶质和溶剂同时贡献的溶液的摩尔极化度P 12和摩尔折射度R 12（以下书写中下标为1的指溶剂，下标2的指溶质，下标12的指溶液）。
对稀溶液中，可作理想溶液处理，根据溶液的加和性，德拜1929年提出对极性溶质和非极性溶剂所组成的二元体系其摩尔极化度可由下式计算：221121212121221x P x P M P 1＋＝＋－＝ρεε⋅ （8）X 1，X 2分别是溶液中溶剂和溶质的摩尔分数。
对于稀溶液，我们假定非极性溶剂的摩尔极化度不随浓度变化，且等于纯态下的摩尔极化度对于稀溶液111111121x M x P ρεε⋅＋－＝而 22e a A 0223344122x KTN x P ）＋＋（＝μααππε⋅ 因 121222111212~V x M x M M =+=ρρ， 111~V M =ρ12~V 和1~V 分别为溶液和溶剂的摩尔体积故 22A 011111212121233441~21~2122x kT N x V V P e a ⎪⎪⎭⎫⎝⎛++⋅+=μααππεεεεε＋－＋－＝ （9） 同法处理R 122A 0112121122122121223441~21~21x N x V n n V n n R e αππε++-=+-＝ （10） 两式相减并忽略2a α则得22A 01121211112212212121212121233441~2121~21~21x kT N x V n n V n n V R P μππεεεεε+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=+---＋－＋－＝ (11) 在稀溶液中，我们假定物质的偏摩尔量体积与摩尔体积相等11~V V ＝， 22~V V ＝于是12211~~~V x V x V 2=+又因稀溶液中211~~x V x V 2〉〉，故1211~~V x V ≈式（11）中11~x V 用12~V 代替，等式两边同除以12~V ，又因122~V x 实际就是极性溶质在非极性溶剂中的物质的量浓度C 2，单位是mol·m -3。
2122~C V x ＝故 22A 021211121221212123344121212121C kT N n n n n μππεεεεε++--=+--＋－＋－ （12）该式把物质分子的微观性质偶极矩和它的宏观性质介电常数、密度、折射率联系起来。
在定温下，令Y n n ＝－＋－21212122121212+-εε A 2121212111＝－＋－+-n n εε θμππεg kTN t 334412A 0＝⋅ 在实验中，只要测定出不同浓度溶液的ε12，n 12，算出Y 和C 2，用Y 对C 2（mol/m 3）作图便可得一直线，其斜率为tg θ，由tg θ可求偶极矩μ。
)(8.12)m C (1027.429D Ttg Ttg θθμ=⋅⨯=-4. 介电常数的测定介电常数ε可通过测量电容来求算ε ＝ C /C 0 (14) 式中，C 0为电容器在真空时的电容；C 为充满待测液时的电容，由于空气的电容非常接近于C 0，故(11)式改写成ε＝C /C 空 (15) 本实验利用电桥法测定电容，其桥路为变压器比例臂电桥，如图1所示，电桥平衡的条件是xsS μμ='C C 式中，C′为电容池两极间的电容；C S 为标准差动电器的电容。
调节差动电容器，当C′＝C S 时，μs ＝μx ，此时指示放大器的输出趋近于零。
C S 可从刻度盘上读出，这样C′即可测得。
由于整个测试系统存在分布电容，所以实测的电容C′是样品电容C 和分布电容C d 之和，即图1 电容电桥示意图C ′＝C ＋C d (16)显然，为了求C 首先就要确定C d 值，方法是：先测定无样品时空气的电空C ′空，则有C ′空 ＝C 空 ＋ C d (17)再测定一已知介电常数(ε标)的标准物质的电容C ′标，则有C′标 ＝ C 标＋C d ＝ε标C 空 ＋ C d (18)由(17)和(18)式可得：1d -'-'=标标空标εεC C C (19) 将C d 代入(16)和(17)式即可求得C 溶和C 空。
这样就可计算待测液的介电常数。
三． 仪器与试剂四． 实验步骤1称重法配制四个浓度的乙酸乙酯－环己烷溶液约20mL 左右，分别盛于带塞磨口锥形瓶中，其浓度（摩尔分数）分别为0.01，0.05，0.1，0.15左右。
操作时应防止溶质溶剂的挥发以及吸收空气中极性较大的水蒸汽，用瓶塞盖住瓶口。
2. 电容的测定(1)测C ′空。
将电容测试仪电源开关打开，预热5min ,盖好电容盖儿，将电容池外电极插座与电容测试仪连接线接上,数字表头上所示值即为C ′空。
重复测量两次。
(2) 用移液管移取1mL 环己烷加入到电容池中，盖好电容盖儿，将电容池外电极插座与电容测试仪连接线接上,数字表头上所示值即为C ′标。
