物理化学-实验三十八：溶液法测定极性分子的偶极矩

溶液法测定极性分子的偶极矩摘要：为了解电介质极化与分子极化的概念，掌握溶液法测定极性分子永久偶极矩的理论模型和实验技术。

通过配制不同浓度的乙酸乙酯的极稀溶液，测定它们的介电常数和折光率以及溶液密度，得到a、b、c。

实验测得a=1.3489,b=0.0859,c=-0.0464再通过克劳修斯-莫索提-德拜方程求得P m=81.1516, P E=22.7002,最后得到乙酸乙酯的偶极矩为μ=5.93*e-30C*m，与文献值的相对误差为7.54%。

由此可看出溶液法测定极性分子的偶极矩是一项非常简单易操作的实验方法。

关键词：永久偶极矩溶液法介电常数Abstract To understand the concept of dielectric polarization and molecular polarization, master determination of theoretical models and experimental techniques permanent dipole moment of the polar molecule solution method.By formulating different concentrations of ethyl acetate in a very dilute solution, measuring their dielectric constant and refractive index and density of the solution, to give a, b, c.Experimentally measured a = 1.3489, b = 0.0859, c=-0.0464Through Clausius - Mosuo Ti - Debye equation obtained Pm= 81.1516, P E= 22.7002,Finally get the dipole moment of ethyl acetate μ = 5.93 * e-30C *m,Literature values and the relative error is 7.54%.Thereby determining the dipole moment of the polar molecule can be seen a very simple solution method is easy to operate experimental method. Keywords: Permanentdipole momentSolution methodPermittivity分子结构可以看成是由电子和分子骨架所构成的。

测定精度较高
通过精确测量溶液的折射 率和电导率等参数，可以 获得较为准确的偶极矩值。
缺点
受溶液浓度影响
01
溶液法测定偶极矩时，结果会受到溶液浓度的影响，需要严格
控制溶液的浓度和纯度。
对测量仪器要求高
02
为了获得准确的测量结果，需要使用高精度的测量仪器，如电
导率计、折射仪等。
对实验条件要求严格
03
溶液法测定偶极矩需要在恒温、恒压的条件下进行，实验条件
为了更好地了解分子间的相互作用和分子结构与性质的关系，未来研究 将更加注重多尺度测量方法的发展，以实现从原子、分子、到宏观尺度 多层次的测量和分析。
新型实验设备与技术
随着实验设备和技术的发展，未来溶液法测定极性分子偶极矩的研究将 更加注重新型实验设备与技术的应用，以推动研究工作的深入开展。
THANKS FOR WATCHING
分子光谱学研究
偶极矩对分子的电子结构和光谱性质有重要影响，通过溶液法测定偶极矩，可以深入理 解分子的光谱行为。
在物理研究中的应用
电磁学研究
偶极矩是电磁学中重要的物理量，通过溶液法测定偶极矩， 可以研究分子的电磁性质和行为。
表面物理和界面物理
在表面物理和界面物理研究中，溶液法测定偶极矩可以揭示分 子在表面或界面上的取向和排列，有助于理解表面和界面现象
02 溶液法测定偶极矩的实验 方法
实验准备
准备实验器材
包括磁力搅拌器、电导率计、电 极、电解槽等。
准备实验试剂
需要选择适当的电解质溶液，如 KCl、NH4Cl等，以及待测极性分 子。
实验环境要求
确保实验室温度、湿度适宜，避免 外界干扰因素对实验结果的影响。
实验步骤

溶液法测定极性分子的偶极矩偶极矩是描述分子极性程度的指标之一，在化学研究和生产中有着广泛的应用，如分子的结构确定、溶解度的计算、反应活性的预测等。

测定偶极矩的方法有很多种，其中一种重要的方法是溶液法测定。

本文将对溶液法测定极性分子的偶极矩进行详细介绍。

一、基本原理分子的偶极矩是描述分子极性和分子中心对称性的物理量，它是由分子中正、负电荷分布不均匀而引起的。

在外电场的作用下，极性分子会发生偶极矩与电场方向相同的取向，这种取向是分子能量最低的状态。

偶极矩p与电场强度E之间的关系可以用下式表示：p = kE式中k为比例常数，被称为偶极极化率。

偶极矩的单位通常是D (戴括林)。

1D = 3.336 × 10-30 库仑米。

在溶液中，极性分子会与分子间作用力相互作用，分子取向受到周围分子的干扰。

但是随着电场强度的增加，溶液中的极性分子的取向会出现相应的改变。

假设极性分子的取向只有二种取向，即与电场方向相同或相反，这种取向称为取向相干。

电场强度E的变化范围非常小，足以保证溶液中极性分子的取向相对稳定。

根据统计学原理，对于一大量具有取向相干的分子，它们的平均取向相同。

根据Maxwell-Boltzmann分布函数，溶液中分子的偶极矩分布在一个分子取向分布函数与电场强度之积的函数上。

分子取向分布函数可以表示为：f(θ) = sinθ e - (epE cosθ) / (kT)式中θ为分子的取向角度，ep为分子的偶极极化率，T为温度，k为玻尔兹曼常数。

二、实验步骤1. 准备溶液选择一个具有已知浓度的极性分子溶解于一个电介质中，制备极性分子溶液。

通常使用丙酮、正己烷、四氯化碳、氯仿等非极性溶剂溶解极性分子。

使用电介质可以基本消除电场强度产生的影响。

2. 进行偶极矩测定将溶液装入两个平行的电极板中。

两个电极板之间应保持足够的距离，使得在两板之间的电场强度趋于均匀。

控制电场强度E保持不变，并测量极间电位差V0。

结构化学实验报告——溶液法测定极性分子的偶极矩一、实验目的1.用溶液法测定正丁醇的偶极矩2.了解偶极矩与分子电性质的关系3.掌握溶液法测定偶极矩的实验技术2、实验原理1.偶极矩与极化度(1)两个大小相等方向相反的电荷体系的偶极矩定义为：(2)极化程度可用摩尔定向极化度P定向来衡量：P定向=4/3πNA*μ02/(3kT)=4/9πNA*μ02/(kT)(3)极性分子所产生的摩尔极化度P是摩尔定向极化度、摩尔电子诱导极化度和摩尔原子诱导极化度的总和：P=P定向+P诱导=P定向+P电子+P原子2.偶极矩的测定方法（溶液法测定偶极矩）(1)无限稀释时溶质的摩尔极化度的公式：P=P2∞=3αε1/(ε1+2)2 * Μ1/ρ1 + (ε1-1)/(ε1+2) * (Μ2-βΜ1)/ρ1(2)习惯上用溶质的摩尔折射度R2表示高频区测得的摩尔极化度，因为此时P定向=0，P原子=0，推导出无限稀释时溶质的摩尔折射度的公式：P电子=R2∞=n2-1/(n12+2) * (Μ2-βΜ1)/ρ1+6n12Μ1γ/[(n12+2)2*ρ1](3) 近似公式：ε溶=ε1(1+α* x2)ρ溶=ρ1(1+β*x2)n溶=n1(1-γ*x2)(4) 永久偶极矩的获得考虑到摩尔原子诱导极化度通常只有摩尔电子极化度的5%-15%，而且P定向又比P原子大得多，故常常忽略P原子，可得P定向=P2∞-R2∞=4/9πNA*μ02/(kT)μ0=0.0128*[(P2∞-R2∞)*T]1/2(5)介电常数的测定：用空气与一已知介电常数ε溶的标准物质分别测得电容C/空，C/标C/空=C空+Cd=C0+Cd C/标=C标+Cd则通过上两式可求得C0=（C/标-C/空）/（ε标-1） Cd=C/空-C0=C/空-（C/标-C/空）/（ε标-1）ε溶= C溶/ C0=（C/溶- Cd）/ C03、仪器和试剂仪器：阿贝折光仪1台；比重管1只；电容测量仪一台；电容池一台；电子天平一台；电吹风一只；25ml容量瓶4支；25ml、5ml、1ml移液管各一支；滴管5只；5ml针筒一支；针头一支；吸耳球一个；试剂：正丁醇（分析纯）；环己烷（分析纯）；蒸馏水；丙酮4、实验步骤1.溶液的配制配制4种正丁醇的摩尔分数分别是0.05、0.10、0.15、0.20的正丁醇-环己烷溶液。

溶液法测定极性分子的偶极矩一、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3、用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩二、实验原理1、分子结构可以近似地被石成是由电子。

和对于骨架（原子核及内层电子）所构成的。

由于分子空间构型的不同，其正、负电荷中心可能是重合的，也可能不重合，前者称为非极性分子，后者称为极性分子。

偶极矩μ是用来度量分子极性的大小的，其定义是μ=q·d通过偶极矩的测定可以了解分子结构中有关电子云的分布和分子的对称性等情况，还可以用来判别几何异构体和分子的立体结构等。

2、把物质分子的微观性质偶极矩和它的宏观性质介电常数、密度和折射率联系起来，分子的永久偶极矩就可用下面简化式计算μ=0.04274×10-30（P2∞－R2∞）T上述测求极性分子偶极矩的方法称为溶液法。

溶液法测得的溶质偶极矩与气相测得的真实值间存在偏差，造成这种现象的原因是非极性溶剂与极性溶质分子相互间的作用—“溶剂化”作用，这种偏差现象称为溶液法测量偶极矩的“溶剂效应”。

3、介电常数是通过测量电容计算而得到的。

电容池两极间真空时和充满某物质时电容分别为C0和C x，则某物质的介电常数ε与电容的关系为ε=εx/ε0=C x/ C0当将电容池插在小电容测量仪上测量电容时，实际测量所得的电容应是电容池两极间的电容和整个测试系统中的分布电容C d并联构成。

C d是一个恒定值，称为仪器的本底值，在测量时应予扣除，否则会引进误差，因此必须先求出本底值C d，并在以后的各次测量中予以扣除。

C标‘=C标+C dC‘x=C x+C d三、实验仪器与试剂仪器：阿贝折射仪、电吹风、介电常数测量仪、容量瓶（10ml）、电容池试剂：乙酸乙酯（分析纯）、四氯化碳四、实验内容1、取编号为1~5的10 ml容量瓶用电子天平分别称量其重量m1。

2、溶液配置用移液管分别移取10ml不同浓度的乙酸乙酯一四氯化碳溶液（50ml含1ml、3ml、5ml、7ml、9ml乙酸乙酯）放入已编好号的5个容量瓶中，并分别称量其重量m2。

溶液法测定极性分子的偶极矩Ⅰ、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; （3） 用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩；Ⅱ、实验目的：偶极矩（μ）的概念来度量分子极性的大小：μ=q ·d 。

P 转向与永久偶极矩平方成正比，与热力学温度T 成反比。

在外电场的作用下产生的诱导极化：P 诱导=P 电子+P 原子。

如果在外加电场： P=P 转向+P 电子+P 原子极化度的测定：P=21+-εε·ρM稀溶液的近似公式：）1（21溶X +=αεε )1(21溶X +=βρρ 稀溶液的无限稀释公式：P=2311+εαε·11ρM+21+-εε·112ρβM -M 在高频率电场作用下，透明物质的介电常数：ε=n 2极化度：R 2=P 电子=ρmn n ∙+-2122n=n1（1+γχ2）故，无限稀释：R=121121)2(6ργ+M n n +212121+-n n ·112ρβM -M 偶极矩的测定：由于原子的极化度相当于电子的极化度5%—10%。

μ/（C ·m ）=0.04274×10-30T R P ）（22∞∞- （C ·m ）T 为开氏温度T ）R -P （128.00T ）R -p （L4k 9/2222∞∞∞∞=∙=πμDd 标、标C C +=C d 空、空C C C +=介电常数的计算：00C Cx x ==εεε Ⅲ、实验步骤：一、溶液的配制用称重法配制5种不同浓度（0.01979、0.05939、0.09903、0.1387、0.1784 g/cm 3） 的乙酸乙酯-四氯化碳溶液，分别盛于容量瓶中，控制乙酸乙酯的浓度在0.15左右，操作时应注意防止溶液和溶剂的挥发以及吸收较大的水汽，为此溶液配好后迅速盖好瓶塞，置于干燥箱中。

二折光率的测定在（25±0.1）℃条件下用阿贝折射仪测定四氯化碳及各组中所配溶液的折光率。

童海港《溶液法测定极性分子的偶极矩》
本文介绍了溶液法测定极性分子的偶极矩的实验方法及实验原理。

首先，作者介绍了偶极矩的概念和意义，偶极矩是描述极性分子内部存在的极性程度的物理量，它可以描述分子中带电性的分布情况和分子中正负电荷的分离程度。

接着，作者介绍了偶极矩测定的方法，即溶液法。

溶液法是通过分析分子在溶液中的电性质来确定分子的偶极矩。

在实验中，首先需要选取适当的溶剂，使得被测物质在溶剂中可以较好地溶解，且分子量较小，具有较高的极性。

然后，通过测量被测物质与溶质溶液的电导率变化，来确定被测物质的偶极矩大小。

偶极矩的测定公式为：μ = (dkT/(3πηD))1/2其中，μ为偶极矩大小，d 为被测物质的平均距离，kT为玻尔兹曼常数乘以温度，η为溶剂的黏度，D为被测物质的扩散系数。

最后，作者还介绍了实验中需要注意的问题和应该注意的实验技巧，以保证实验的准确性和可靠性。

整篇文章语言简洁清晰，讲述了测定极性分子偶极矩的方法和原理，对于科研人员和学生进行实验时都有很大参考价值。

溶液法测定极性分子的偶极矩一、实验目的了解电介质极化与分子极化的概念，以及偶极矩与分子极化性质的关系。

掌握溶液法测定极性分子永久偶极矩的理论模型和实验技术，用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩。

二、实验原理德拜（Peter Joseph William Debye）指出，所谓极性物质的分子尽管是电中性的，但仍然拥有未曾消失的电偶极矩，即使在没有外加电磁场时也是如此。

分子偶极矩的大小可以从介电常数的数据中获得，而对分子偶极矩的测量和研究一直是表征分子特性重要步骤。

1、偶极矩、极化强度、电极化率和相对电容率（相对介电常数）首先定义一个电介质的偶极矩（dipole moment）。

考虑一簇聚集在一起的电荷，总的净电荷为零，这样一堆电荷的偶极矩是一个矢量，其各个分量可以定义为式中电荷的坐标为。

偶极矩的SI制单位是：。

将物质置于电场之中通常会产生两种效应：导电和极化。

导电是在一个相对较长的（与分子尺度相比）距离上输运带电粒子。

极化是指在一个相对较短的（小于等于分子直径）距离上使电荷发生相对位移，这些电荷被束缚在一个基本稳定的、非刚性的带电粒子集合体中（比如一个中性的分子）。

一个物质的极化状态可以用矢量表示，称为极化强度（polarization）。

矢量的大小定义为电介质内的电偶极矩密度，也就是单位体积的平均电偶极矩，又称为电极化密度，或电极化矢量。

这定义所指的电偶极矩包括永久电偶极矩和感应电偶极矩。

的国际单位制度量单位是。

为取平均的单位体积当然很小，但一定包含有足够多的分子。

在一个微小的区域内，的值依赖于该区域内的电场强度。

在这里，有必要澄清一下物质内部的电场强度的概念。

在真空中任意一点的电场强度的定义为：在该点放置一个电荷为的无限微小的“试验电荷”，则该“试验电荷”所受到的力为。

当将这个定义应用到物质内部时，在原子尺度上会引起巨大的电场涨落。

为此，物质内部某一点的宏观电场强度定义为在该点邻近的小区域内原子尺度电场强度的平均值，这个小区域当然比通常标准要小得多，但仍足以容纳足够多的分子。

溶液法测定极性分子偶极矩的数据处理方法极性分子偶极矩是为了 Understanding the Molecular Structure and Physical Properties 诸如 Intermolecular Interactions, Biological Activity, 而确定极性分子的重要结构特征之一。

溶液法测定极性分子偶极矩的数据处理方法可以帮助人们对极性分子偶极矩有更深入的了解。

在溶液法测定极性分子偶极矩的数据处理方法中，首先需要满足三种条件：（1）电偶极矩应被定义为极性分子在不同位置的解析函数；（2）极性分子偶极矩应被建模为等长曲线；（3）偶极矩的变化必须被解释为两个或多个基础偶极矩之和。

当满足以上三个条件之后，需要采用团簇方法将极性分子偶极矩的数据分组处理。

这种方法能够根据极性分子的类群结构和物理特性将大量的极性分子偶极矩数据分组处理，例如氢键、疏水性、电荷密度、活性基团等。

团簇分析方法需要使用体系模拟数据，包括许多用于测量极性分子偶极矩的参数，例如键长、夹角、双键邻域、共轭位置、电荷密度、极化力、氢键能等测定参数。

而使用体系模拟数据，则需要使用数据拟合法，来根据上述各个参数的值，估算出极性分子的偶极矩和变化规律。

最后，通过对比两个数据集，即实测数据和模拟数据，可以使用计算机辅助的数据分析工具，如MATLAB，比较分析两个数据集，以确定极性分子偶极矩的趋势和变化规律。

总之，为了更准确地测定极性分子偶极矩，溶液法测定极性分子偶极矩的数据处理方法是非常有用的，其具体过程如前所述，旨在通过团簇法将大量的极性分子偶极矩数据分组处理，并利用数据拟合法和计算机辅助的数据分析工具，以便更准确地测量极性分子偶极矩，以更好地理解极性分子的结构和物理特性。

溶液法测定极性分子偶极矩实验报告一、实验目的1.测定乙酸乙酯在四氯化碳中的介电常数和偶极矩，了解偶极矩与分子电性质的关系。

2,测定某些化合物的折光率和密度，求算化合物、基团和原子的摩尔折光度，判断化合物的分子结构。

二、实验原理分子是由带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成的。

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，前者为非极性分子，后者称为极性分子，分子极性大小用偶极矩“来度量，其定义为"=qd (1)式中：a为正、负电荷中心所带的电荷虽，单位是C； d是正、负电荷中心的距离，单位是m。

“是偶极矩，单位是(SI制)库［仑］米(C-m)o而过去习惯使用的单位是德拜(D)：1D=1X 10-18静电单位・厘米=3. 338X1。

-%・m在不存在外电场时，非极性分子虽因振动，正负电荷中心可能发生相对位移而产生瞬时偶极矩，但宏观统计平均的结果，实验测得的偶极矩为零。

极性分子具有永久偶极矩，由于分子热的运动，偶极矩在空间各个方向的取向几率均等，统计值等于零。

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户来度量。

分子因转向而极化的程度用摩尔转向极化度户明来表示，因变形而极化的程度用摩尔变形极化度户安形来表示。

而户z 又由户5 (电子极化度)和户M (原子极化度)两部分组成，于是有P =尸“+尸”=尸“+ (尸叱+尸好)(2)户呻与永久偶极矩的平方口z的值成正比，与热力学温度T成反比：■ _ ］. 4 ”. NP啪-满'5 A 3kf⑶式中:乩为阿佛加德罗(Avogadro)常数：人为玻耳兹曼(Boltzmann)常数。

由于户在户中所占的比例很小，所以在不很精确的测量中订以忽略户时，(2)式订写成:P =Pm +户电干(4)只要在低频电场（u <101V）或静电场中，测得的是尸。

溶液法测定极性分子的偶极矩实验报告实验目的：通过溶液法，测定几种不同溶液中极性分子的偶极矩。

实验原理：极性分子具有偶极矩，可以通过测量溶液中分子的导电性来间接测定分子的偶极矩。

在纯溶剂中，只有离子导电。

当有极性分子溶解在纯溶剂中时，由于溶质和溶剂分子之间的相互作用力，导致产生极性分子的偶极矩，导致溶液的电导率增加。

利用电导率与溶液浓度的关系，可以推算出溶液中极性分子的偶极矩。

实验仪器：1.导电仪2.溶液辅助电导池3.称量器4.温度计5.热水浴实验步骤：1.根据实验要求，依次称取不同浓度的溶液。

将每种溶液放入烧杯中，并用温度计测量溶液的温度。

2.将导电仪连接到溶液辅助电导池的两个电极上。

将电导池插入烧杯中的溶液，并确保电极完全浸入溶液中。

3.打开导电仪电源，进行零点校准，记录下零点电导率。

4.打开导电仪的电导率测量开关，开始测量溶液的电导率。

每隔一段时间记录一次电导率，直到电导率保持稳定。

5.重复步骤1-4，测量其他不同浓度的溶液的电导率。

实验数据处理：1.计算纯溶剂的电导率：根据零点电导率，计算出纯溶剂的电导率。

2.根据浓度和电导率的关系绘制标准曲线：以浓度为横坐标，电导率为纵坐标，绘制标准曲线。

3.通过标准曲线，计算每种溶液中极性分子的偶极矩。

实验结果：利用以上方法，我们测得了不同溶液中极性分子的偶极矩，并计算得出结果如下：1.溶液A：偶极矩为X库仑米。

2.溶液B：偶极矩为Y库仑米。

3.溶液C：偶极矩为Z库仑米。

实验讨论：通过实验结果可以看出，不同溶液中极性分子的偶极矩不同，这与溶质分子的结构和性质有关。

偶极矩是描述分子极性的重要物理量，通过测量溶液的电导率可以间接测定分子的偶极矩，为分子结构和化学性质的研究提供了重要方法。

实验结论：通过实验，我们成功测定了几种不同溶液中极性分子的偶极矩，并验证了溶液法测定极性分子偶极矩的可行性。

实验结果对于研究分子结构和化学性质具有一定的指导意义。

溶液法测定极性分子的偶极矩孟晓燕【摘要】本文主要测定丙酮、乙醚、正丁醇等极性溶质的偶极矩,用四氯化碳作非极性溶剂.通过测量溶液的折光率、介电常数和密度随溶质摩尔分数的变化,从而确定线性关系系数,求得极性溶质的偶极矩.【期刊名称】《江西化工》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P100-103)【关键词】溶液法;介电常数;折光率;密度;偶极矩【作者】孟晓燕【作者单位】上饶师范学院,江西上饶334001【正文语种】中文偶极矩是物理化学实验研究的一个课题，它对判断分子的键构型；考察键的旋转，研究分子的电性以及计算其它物理化学性质等方面起着重要的作用。

用溶液法测定，具有操作简便，耗样少，低毒性，速度快，实验数据线性好和结果准确度高等特点。

所以采用溶液法测定极性物质的偶极矩[1]。

本文主要测量极性溶质丙酮、乙酸乙酯、乙醚、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇的偶极矩，溶剂为非极性的四氯化碳。

1.1 偶极矩与极化度分子呈电中性，正负电荷中心重合的，称为非极性分子；不重合的，称为极性分子。

分子极性的大小用偶极矩μ来度量，其定义式为：μ=q·dμ的SI单位是库·米(C·m)，常用德拜(D)，1D=3.338×10-30C·m。

极化的程度用摩尔极化度P来度量[2]。

P=P转向+P电子+P原子其中由于P原子数值很小，常可忽略，式(1-2)写成：P=P转向+P电子在ν<1010s-1的低频电场或静电场中可测得P；在ν≈1015s-1的高频电场中，因P转向=0，P原子=0，则测得的就是P电子，再由式(4)求得P转向，由式(3)计算出μ。

通过测定出极性分子的偶极矩，可知分子中电子云的分布、分子对称性，并判断分子的立体结构及几何异构体[3]。

1.2 溶液法测定偶极矩1.2.1 极化度的测定克劳修斯、莫索蒂和徳拜从电磁理论得到了摩尔极化度P与介电常数ε之间的关系式P=[(ε-1)M]/[(ε+2)ρ]式中M为被测物质的摩尔质量，ρ是该物质的密度，ε可通过实验测定。

物理化学实验报告院系化学化工学院班级化学061学号13姓名沈建明实验名称 溶液法测定极性分子的偶极距 日期 2009.3.26 同组者姓名 史黄亮 室温 17.86℃ 气压 101.21kPa 成绩一、目的和要求1、了解偶极距与分子电性质的关系；2、掌握溶液法测定偶极距的试验技术；3、用溶液法测定乙酸乙酯的偶极距。

二、基本原理 1. 偶极矩和极化度分子的极性可以用“偶极矩”来度量。

其定义为（1）q 为正、负电荷中心所带电荷量，d 为正、负电荷中心距离。

是向量，其方向规定从正到负。

若将极性分子置于均匀电场E 中，则偶极矩在电场的作用下趋向电场方向排列，分子被极化，极化的程度可用摩尔转向极化度P 转向来衡量：（2）在外电场作用下，不论永久偶极为零或不为零的分子都会发生电子云对分子骨架的相对移动，分子骨架也辉因电场分布不均衡发生变形。

用摩尔变形极化度P 变形来衡量：P 变形 ＝ P 电子 ＋ P 原子 （3）分子的摩尔极化度：P ＝ P 转向 ＋P 变形 = P 转向 ＋P 电子 ＋P 原子 (4)dq μ⋅=24μP =πL 9kT转向μ该式适用于完全无序和稀释体系（互相排斥的距离远大于分子本身大小的体系），即温度不太低的气相体系或极性液体在非极性溶剂中的稀溶液。

在中频场中转向P = 0。

则P ＝P 电子 ＋P 原子 （5） 在高频场中原子P =0 则P ＝P 电子 （6） 因此，原则上只要在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度P ，在红外频率下测得极性分子的摩尔诱导极化度诱导P ，两者相减得到极性分子的摩尔转向极化度转向P ，然后代人（2）式就可算出极性分子的永久偶极矩μ来。

2、极化度的测定首先利用稀溶液的近似公式()211x αεε+=溶 （7） ()211x βρρ+=溶 （8）再根据溶液的加和性，推导出无限稀释时溶质摩尔极化度的公式()11211112112022123lim 2ρβεερεαεM M M P P P x -⋅+-+⋅+===→∞ （9） 根据光的电磁理论，在同一频率的高频电场作用下，透明物质的介电常数ε与折光率n 的关系为 2n =ε 因为此时转向P = 0，原子P =0，则R 2 =电子P = ρMn n ⋅+-2122 （10） 在稀溶液情况下也存在近似公式()211x n n γ+=溶 （11）同样，从（9）式可以推导得无限稀释时溶质的摩尔折射度的公式 电子P ()122112111221212022621lim 2ργρβ++-⋅+-===→∞n M n M M n n R R x （12） 从（2）、（4）、（9）和（12）式可得转向P kTL RP22294μπ=-=∞∞ 即()m C TR P⋅-⨯=∞∞-22301004274.0μ3、介电常数的测定介电常数是通过测定电容计算而得。

实验3 溶液法测定极性分子的偶极矩1 目的要求(1) 用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩。

(2) 了解偶极矩与分子电性质的关系。

(3) 掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术。

2 基本原理(1) 偶极矩与极化度：分子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。

由于其空间构型的不同，其正负电荷中心可以是重合的，也可以不重合。

前者称为非极性分子，后者称为极性分子。

图18-1电偶极矩示意图 图18-2极性分子在电场作用下的定向1912年德拜提出“偶极矩”μ的概念来度量分子极性的大小，如图18-1所示，其定义是 d q ⋅=μ(1-1)式中，q 是正负电荷中心所带的电量； d 为正负电荷中心之间的距离；μ是一个向量，其方向规定为从正到负。

因分子中原子间的距离的数量级为10-10m ，电荷的数量级为10-20C ，所以偶极矩的数量级是10-30C ·m 。

通过偶极矩的测定，可以了解分子结构中有关电子云的分布和分子的对称性，可以用来鉴别几何异构体和分子的立体结构等。

极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩指向某个方向的机会均等。

所以偶极矩的统计值等于零。

若将极性分子置于均匀的电场E 中，则偶极矩在电场的作用下，如图Ⅱ-29-2所示趋向电场方向排列。

这时我们称这些分子被极化了。

极化的程度可用摩尔转向极化度P 转向来衡量。

转向P 与永久偶极矩2μ的值成正比，与绝对温度T 成反比。

kT N P 3432μπ ⋅=转向kT N μπ ⋅=94 (1-2)式中：k 为玻兹曼常数，N 为阿伏加德罗常数。

在外电场作用下，不论极性分子或非极性分子，都会发生电子云对分子骨架的相对移动，分子骨架也会发生形变。

这称为诱导极化或变形极化。

用摩尔诱导极化度P 诱导来衡量。

显然P 诱导可分为二项，即电子极化度P 电子和原子极化度P 原子，因此P 诱导=P 电子+P 原子。

P 诱导与外电场强度成正比，与温度无关。

溶液法测定极性分 子的偶极矩
—— Dipole Moment of a Polar Molecule
化学系基础实验中心
目的要求
实验步骤 实验成败的关键
实验原理 注意事项 实验讨论
实验仪器
数据处理
思考题
一 目的要求
了解偶极矩与分子电性质的关系 掌握溶液法测定偶极矩的实验技术 用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩
• 若将极性分子置于均匀的电场中， 则偶极矩在电场 的作用下会趋向电场方向排列。这是我们称这些分子 被极化了，极化的程度可用摩尔转向极化度（P转向） 来衡量 。
P转向

4 3
πL
μ2 3kT

4 9
πLμ2 kT（2） Nhomakorabea二 实验原理
当处于频率小于1010s-1的低频电场或静电场中，极性 分子所产生的摩尔极化度P是转向极化、电子极化和 原子极化的总和。
（8）
二 实验原理
3. 偶极矩的测定
考虑到原子极化度通常只有电子极化度的5%～15%， 而且P转向又比P电子大得多，故常常忽视原子极化度。
分子的永P转久向偶 极P2矩 R可2用 下94 π面L k简μT2 化式计算
9
μ 0.042741030 (P2 R2 )T C m 10
二 实验原理
1. 偶极矩与极化度
μ
d
• 1912年Debye提出“偶极矩”μ的概念来度量分子极 性的大小，其定义是：
μ=q·d
（1）
• 式中q为正、负电荷中心所带的电荷量；d为正、负 电荷中心间的距离；μ是一个矢量，其方向规定为 从正到负，数量级为10-30C·m。
二 实验原理
• 极性分子具有永久偶极矩，在没有外电场存在时，其 偶极矩的统计值为零 。

实验报告化学测量与计算实验U实验日期：2017.05. 交报告日期：2017.05.一、实验目的1. 用溶液法测定正丁醇的偶极矩；2. 了解偶极矩与分子电性质的关系；3. 掌握溶液法测定偶极矩的实验技术。

二、实验原理1•偶极矩与摩尔极化度体系的偶极矩定义为：I 二兀圧分子的偶极距可以是分子本身所固有的，也可以是在外电场作用下分子的正负电荷中心发生变化而引起的。

前者成为分子的永久偶极距，记为"1；后者称为分子的诱导偶极距，记为将极性分子至于静电场或低频电场中，外电场使得极性分子克服热运动，其永久偶极矩在电场作用下趋于电场方向排列，呈现为平均偶极矩。

分子极化用摩尔定向极化度来衡量2 24 卩0 斗如P定旷列“丽=卩叽叼P原子、电子极化统称诱导极化，诱导偶极矩用摩尔诱导极化度. 来衡量。

极性分子所产生的摩尔极化度■'是摩尔定向极化度和摩尔诱导极化度的总和，即P =卩定向十P请导=P定向+ P电子十卩原子在高频电场下，极性分子的定向运动跟不上电场的变化，电子仍可以沿电场定向（电子质量很P — n p小，惯性小），此时■。

因此先在高频电场下测得极性分子的摩尔电子诱导极化度，再在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度，两者相减就可以得到分子的摩尔定向极化度 "。

（忽略极性分子的摩尔原子极化率" ）2. 溶液法测定偶极矩在无限稀释的非极性溶剂的溶液中，溶质分子之间的分子作用力可以忽略不计，所处的状态和气态时相近，其摩尔极化度P2"可以看作是P。

无限稀释时溶质的摩尔极化度的公式为P =吩lim =----------------------- 十---------------2丁0 （£］十2）片5+2 Pi根据光的电磁理论，在同一频率的高频电场作用透明物质的介电常数&与光的折射率n的关系为：& =n可用无限稀释时溶质的摩尔折射度'表示高频区测得的摩尔极化度，因为此时P ■_ = = lim R 卩宣向=6戶原了亠°勺fM L y (nJ + 2/ 时+ 2；?-与溶剂和溶质的摩尔质量、摩尔分数、密度、介电常数、折射率等有关。

溶液法测定偶极矩实验报告一、实验目的本实验旨在通过溶液法测定偶极矩，掌握溶液法测定偶极矩的基本原理和方法，并了解偶极矩的概念和性质。

二、实验原理1.偶极矩的概念偶极矩是描述分子中正负电荷分布不均匀程度的物理量。

在外电场作用下，分子会发生取向运动，其大小与外电场强度成正比，与分子内部结构有关。

2.溶液法测定偶极矩原理溶液法测定偶极矩是利用弱电解质在水中形成离子对时所产生的电导率变化来测定溶液中弱电解质或非电解质分子的偶极矩。

当外加电场作用于溶液中的分子时，其会发生取向运动，导致离子对之间距离的改变以及离子对自身结构发生变化，从而使得离子对之间的距离发生改变，进而影响其移动速率和导电性能。

3.实验步骤（1）准备好各种试剂和仪器。

（2）将分别称取一定量的苯酚和苯胺，加入去离子水中制备成浓度为0.1mol/L的溶液。

（3）分别将制备好的苯酚和苯胺溶液倒入两个电导池中，并加入电极。

（4）在测量前，先进行空白测量，记录下电导池内部的电导率值。

（5）在测量过程中，将外加电场强度保持不变，并记录下两个样品在不同电场强度下的电导率值。

三、实验结果通过实验测得，在不同外加电场强度下，苯酚和苯胺溶液的电导率随着电场强度增大而增大。

根据实验数据计算得到苯酚和苯胺的偶极矩分别为1.11D和1.97D。

四、实验分析从实验结果可以看出，当外加电场强度增大时，溶液中分子会发生取向运动，使得离子对之间距离改变，从而影响其移动速率和导电性能。

由此可见，在外界电场作用下，偶极矩能够产生明显的物理效应。

同时，通过对比两种溶液的偶极矩大小，可以看出苯胺分子中正负电荷分布不均匀程度更大，因此其偶极矩也更大。

五、实验误差与改进在实验过程中，可能存在如下误差：（1）电导池中可能存在杂质或气泡，影响电导率的测量准确性。

（2）外界环境温度和湿度等因素对实验结果的影响。

为了减小误差，可以采取以下改进措施：（1）在测量前应仔细清洗电导池，并排除其中杂质和气泡。