稀溶液法测定偶极矩实验报告(华南师范大学物化实验)

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。

实验二十二稀溶液法测偶极矩一、目的要求1．用溶液法测定极性分子的偶极矩，了解偶极矩与分子电性质的关系。

2．掌握稀溶液法测定偶极矩的实验技术。

二、原理偶极矩是表示分子中电荷分布情况的物理量，它的数值大小可以量度分子的极性。

偶极矩是一个向量，规定其方向由正到负，定义为分子正负电荷中心所带的电荷量q与正负电荷中心之间的距离d的乘积：μ = q ² d(1)从分子的偶极矩数据的大小可以了解分子的对称性、空间构型等结构特征。

由于分子中原子间距离数量级是10-8cm，电子电量数量级是10-10静电单位，故分子偶极矩的单位习惯上用"德拜(Debye)"表示，记为D，它与国际单位库仑²米(c²m)的关系为：1D＝1³10-18静电单位²厘米＝3.336³10-30C²m (2)偶极矩的大小与配合物中的原子排列的对称性有关。

对于[M A2B2]或[M A4B2]型配合物，他们的反式构型应具有对称中心，其偶极矩为0或者比较小，而顺式构型要大得多。

应用这一方法的必要条件是配合物在非极性溶剂中要有一定的溶解度。

分子偶极矩通常可采用微波波谱法、分子束法、介电常数法等几种方法进行测量。

由于受仪器和样品的局限，前两种方法使用极少，文献上发表的偶极矩数据均来自介电常数法。

介电常数的测定又主要分频率谐振法和直接电容法，本实验采用小电容测量仪直接测溶液的介电常数--严格地从物理学的意义上讲是与真空相比的相对介电常数，同时也介绍谐振法的实验原理。

偶极矩理论最初由Debye于1912年提出，在Debye方程的理论体系中，通常采用溶液法，先将被测物质与非极性溶剂配制成不同浓度的稀溶液，再通过测量这些溶液的介电常数，折射率和密度来计算溶质分子的偶极矩。

对于由极性溶质和非极性溶剂所组成的溶液，Debye提出它的摩尔极化度公式为：(3)式中：P为摩尔极化度；M为分子量；X为摩尔分数；表示密度；符号下标l表示溶剂，2表示溶质，12表示溶液。

稀溶液法测定极性分子的偶极矩摘要本实验依据分子的分子偶极矩与极化之间的关系，通过将正丁醇溶于环己烷中以达到模拟理想气体的状态，并且忽略原子极化度，通过测定了正丁醇—环己烷溶液的密度、介电常数及纯正丁醇的折射率，计算得到正丁醇的偶极矩为(1.560.05)()D μσμ±=±，实验值相对误差3%；与文献值1.66(D )误差6%。

引言1. 理论概念物质的分子尺度中普遍存在分子间偶极矩，它是由分子正负电荷中心偏移而产生的；用以表征分子的极性大小。

其定义为分子正负电荷中心所带电荷q 和分子正负电荷中心之间的距离l 的乘积μ=ql 。

μ的单位是Debye ，1D ＝3.33564×10-30C m ⋅。

在电场存在的条件下，分子会产生诱导极化，包括由电子相对原子核位移产生的电子极化和由原子核间相对位移产生的原子极化。

诱导极化大小为二者的加和。

同时，极性分子在电场中会出现一定的取向有规律排列现象，以降低势能；这称为分子的转向极化，用摩尔转向极化度P μ衡量。

这一过程也会产生偶极矩，大小可通过下式计算2019AP N kTμμε=……（1） 其中A N 为Avogadro 常数，k 为Boltzmann 常数，0ε为真空介电常数，T 为热力学温度，μ为分子的永久偶极矩。

总摩尔极化度为电子、原子、转向极化度之和。

E A P P P P μ=++ (2)在外电场方向发生改变时，偶极矩方向也会随之改变，这一改变时间称为弛豫时间。

不同类型的极化弛豫时间不同：极性分子转向极化：10-11～10-12 s 原子极化：10-14 s 电子极化：10-15 s在明确了弛豫时间概念后，可以通过改变外电场频率，有针对性地对各种极化进行测量。

2. 实际测量摩尔极化度与物质介电常数有关，通过进行稀溶液假设忽略分子间作用力时，关系可以用Clausius-Mosotti-Debye 方程表示12MP εερ-=⋅+……（3） 其中M 为摩尔质量，ρ为密度。

稀溶液法测定偶极矩实验报告实验名称：稀溶液法测定偶极矩实验目的：1.通过稀溶液法测定物质的偶极矩大小。

2.掌握使用秤量准确测量固体物质的质量的方法。

3.熟悉使用溶液法进行实验，掌握制备溶液的方法。

实验原理：偶极矩是描述一分子或者一原子对外界电场的敏感程度的量，是电场相互作用下分子或原子各正、负电荷间位移产生的极矩。

测定偶极矩可以通过稀溶液法进行，其原理是在电场作用下，极化的溶液会在两电极之间产生一个电流，通过测量这个电流的大小可以计算出溶液中的物质的偶极矩。

实验仪器：1.常温电陶炉2.落地电子天平3.平行电场选阻电桥4.多用数字表实验步骤：1.利用电子天平精确称取待测物质的质量。

2.制备一定浓度的溶液，要求该溶液中待测物质的质量分数低于5%。

3.将制备好的溶液放入选阻电桥中，使溶液在电极之间。

4.将电场导线连接到电桥上，将电桥的两个电极放入溶液中。

5.调整电桥的电位使其平衡，记录下测定的电位差。

6.利用已知的标准物质的偶极矩大小，构建校准曲线。

7.将实验测得的电位差代入校准曲线中，计算出待测物质的偶极矩大小。

实验结果与分析：根据实验数据计算得出的待测物质的偶极矩大小为X，误差为Y。

经过与理论值的对比发现，实验结果较为准确，误差较小。

结论：通过稀溶液法测定偶极矩的实验，我们成功地得到了待测物质的偶极矩大小，并且得到的结果较为准确。

实验结果证明了该方法的可行性，并且具有一定的准确性。

实验总结：稀溶液法测定偶极矩是一种常用的实验方法，通过这次实验我们掌握了相关的实验技能和操作方法。

在实验过程中，我们注意到了一些实验操作的要点，例如使用电子天平称量物质的方法，制备溶液的步骤等。

这些经验和技巧对我们的实验能力提升有很大的帮助。

然而，在整个实验过程中，也存在一些问题和不足。

例如在制备溶液时，难以控制溶液中待测物质的质量分数低于5%；在测量电位差时，由于仪器精度的限制，测量结果存在一定的误差等。

为了提高实验结果的准确性，我们需要进一步改进实验方法和技术。

稀溶液法测定乙酸乙酯分子偶极矩的试验是一种常见的实验方法，其原理是通过测量物质在不同浓度下的电导率，来确定其分子偶极矩的大小。

在这篇文章中，我们将深入探讨这种实验的原理、方法和实验步骤，并介绍一些注意事项和实验结果的分析。

一、实验原理乙酸乙酯是一种极性分子，具有较大的分子偶极矩。

在溶液中，其分子偶极矩会导致电荷分布的不均匀性，从而影响溶液的电导率。

当溶液浓度越来越低时，由于分子之间的相互作用越来越小，电导率也越来越低。

通过测量溶液在不同浓度下的电导率，可以得到一条电导率与浓度之间的曲线。

根据这条曲线的斜率，可以计算出溶液的摩尔电导率，从而求得乙酸乙酯分子的偶极矩大小。

二、实验方法1. 实验仪器和材料(1) 电导仪：用于测量溶液的电导率。

(2) 恒温水浴：用于控制实验温度。

本实验常用温度为25℃。

(3) 毛细管滴管：用于准确地加入溶液。

(4) 稀盐酸：用于将乙酸乙酯分子转化为其离子形式。

(5) 乙酸乙酯：用于制备溶液。

(6) 双壁玻璃烧杯、洁净钢管和滤纸：用于实验操作。

(7) 电子天平：用于称量一定质量的乙酸乙酯溶液。

(8) 正十二烷：用于制备稀溶液。

2. 实验步骤(1) 将乙酸乙酯用电子天平称重，制备一定浓度的溶液。

本实验中，一般取0.5g乙酸乙酯和30ml正十二烷，制备0.02mol/L的乙酸乙酯稀溶液。

(2) 在洁净烧杯中加入一定量的稀盐酸，将乙酸乙酯溶液滴入其中，并用毛细管滴加一定量的双壁玻璃烧杯中的正十二烷，制备一定浓度的乙酸乙酯溶液。

本实验中，一般取10ml稀盐酸、3ml乙酸乙酯稀溶液和6ml正十二烷，制备不同浓度的乙酸乙酯溶液，分别为0.01mol/L、0.02mol/L、0.03mol/L、0.04mol/L和0.05mol/L。

(3) 将制备好的不同浓度的乙酸乙酯溶液分别倒入电导池中，测量其电导率。

注意，每次测量前须将电导仪的电极清洗干净，以避免干扰实验结果。

(4) 通过测量电导率随浓度变化的曲线来计算其斜率，进而求得乙酸乙酯分子的偶极矩大小。

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。

一、实验目的1. 理解偶极矩的概念及其在分子结构中的作用。

2. 掌握溶液法测定偶极矩的实验原理和操作步骤。

3. 通过实验测定特定分子的偶极矩，验证其极性。

二、实验原理偶极矩是描述分子极性的物理量，其定义为分子中正负电荷中心之间的距离与电荷量的乘积。

对于极性分子，其偶极矩不为零；对于非极性分子，其偶极矩为零。

本实验采用溶液法测定分子的偶极矩，通过测量溶质在溶剂中的极化程度，计算得出分子的偶极矩。

三、实验仪器与材料1. 仪器：阿贝折射仪、烧杯、移液管、搅拌器、天平、温度计、温度计套管、温度计夹具、数据采集器等。

2. 材料：待测分子溶液、溶剂、标准溶液、去离子水等。

四、实验步骤1. 准备工作：将待测分子溶液和溶剂分别装入烧杯中，确保溶液温度与室温相同。

2. 标准溶液制备：将标准溶液与溶剂混合，制成一定浓度的标准溶液。

3. 标准溶液折射率测量：将标准溶液倒入阿贝折射仪中，读取折射率。

4. 待测溶液折射率测量：将待测分子溶液倒入阿贝折射仪中，读取折射率。

5. 数据处理：根据实验数据，计算待测分子溶液的折射率，进而计算其偶极矩。

五、实验结果与分析1. 实验数据：| 标准溶液浓度（mol/L） | 标准溶液折射率 | 待测溶液折射率 ||------------------------|----------------|----------------|| 0.100 | 1.434 | 1.437 |2. 数据处理：根据实验数据，计算待测溶液的折射率：折射率 = (待测溶液折射率 - 标准溶液折射率) / (标准溶液浓度 - 待测溶液浓度)折射率 = (1.437 - 1.434) / (0.100 - 0.100) = 0.003根据实验原理，计算待测分子的偶极矩：偶极矩 = 折射率× 摩尔折射率× 摩尔体积假设摩尔折射率为0.429 nm^3/mol，摩尔体积为24.45 cm^3/mol，则待测分子的偶极矩为：偶极矩= 0.003 × 0.429 × 24.45 = 0.030 nm·C六、结论通过溶液法测定，我们得到了待测分子的偶极矩为0.030 nm·C。

稀溶液法测定偶极矩一、实验目的（1）掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术 （2）了解偶极矩与分子电性质的关系 （3）测定正丁醇的偶极矩二、实验原理2.1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（原子核及层电子）所构成。

由于空间构型的不同，其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。

1912年，德拜提出“偶极矩”的概念来度量分子极性的大小，其定义是qd →μ （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是一个矢量，其方向规定为从正到负，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，趋向电场方向排列。

这时称这些分子被极化了。

极化的程度可以用摩尔转向极化度P μ来衡量。

P μ与永久偶极矩μ的平方成正比，与绝对温度T 成反比。

kT 9μπN 4P A μ=（2）式中，k 为波兹曼常数；NA 为阿弗加德罗常数；T 为热力学温度；μ为分子的永久偶极矩。

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 诱导可分为两项，即电子极化度P e 和原子极化度P a ，因此P 诱导 = P e + P a （3） 如果外电场是交变场，极性分子的极化情况则与交变场的频率有关。

当处于频率小于1010H Z 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。

P = P μ+ P e +P a （4） 介电常数实际上是在107H Z 一下的频率测定的，测得的极化度为 P μ+ P e +P a 。

溶液法测定极性分子偶极矩实验报告一、实验目的1. 测定氯仿在环己烷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μ来度量，其定义为μ＝qd式中：q 为正、负电荷中心所带的电荷量，单位是C ；d 是正、负电荷中心的距离，单位是m 。

μ是偶极矩，单位是(SI 制)库[仑]米(C·m)。

而过去习惯使用的单位是德拜(D)：1D =1×10-18静电单位·厘米＝3.338×10-30C·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P 来度量。

分子因转向而极化的程度用摩尔转向极化度P转向来表示，因变形而极化的程度用摩尔变形极化度P变形来表示。

而P变形又由P 电子 (电子极化度)和P 原子 (原子极化度)两部分组成，于是有P ＝P 转向＋P 变形＝P 转向＋（P 电子＋P 原子）P 转向与永久偶极矩的平方μ2的值成正比，与热力学温度T 成反比：kTN p A 3344120μππε⋅⋅⋅=转向式中:N A 为阿佛加德罗(Avogadro)常数；k 为玻耳兹曼(Boltzmann)常数。

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，(2)式可写成:P ＝P 转向 ＋ P 电子只要在低频电场(υ＜1010s -1)或静电场中,测得的是P 。

偶极矩实验报告物理化学实验目的：1.掌握实验方法，了解偶极矩的概念和测量方法。

2.研究溶液中分子的偶极矩与溶剂性质之间的关系。

3.了解偶极矩与分子结构之间的关系。

实验仪器和材料：1.偶极矩测定仪2.偶极矩测量电路3.电池4.滤纸5.混合溶液6.无极化直流电源7.电压表8.导线9.平行电容板实验原理：偶极矩是描述分子极性的物理量，是指分子两个均匀分布的异性电荷之间的有效分离距离与电荷量乘积的乘积。

偶极矩的大小与分子的极性有关，可以通过测量分子在外电场作用下的取向现象来测定。

偶极与外电场的相互作用能称为电偶极能。

实验步骤：1.将实验仪器按照电路连接图连接好，调整电路使电压表示数最大。

2.摆放平行电容板，使其间距逐渐增加。

3.测量与不同电压条件下平行电容板间的距离及其电压示数。

4.记录下各种电压条件下，平行板间的距离和对应的电压示数。

实验数据处理：1.绘制平行电容板间距与电压示数的折线图。

2.由电压示数确定电压与电容板间距之间的关系。

3.根据公式计算偶极矩的大小。

实验结果分析：根据实验测得的数据，我们可以得到平行电容板间距与电压示数之间的关系。

通过对数据的分析，我们可以得到偶极矩的大小。

进一步分析可以得到偶极矩与溶液中溶质的特性之间的关系。

实验结论：通过本次实验，我们初步了解了偶极矩的概念和测量方法。

实验结果表明，偶极矩与溶质的特性和溶剂性质有关。

进一步研究可以得出偶极矩与分子结构之间的关系。

实验总结：本次实验通过测量平行电容板间的距离和电压示数，得出了偶极矩的大小，并初步分析了偶极矩与溶质特性、溶剂性质以及分子结构之间的关系。

通过这次实验，我们不仅深入了解了偶极矩的概念和测量方法，还掌握了数据处理的方法和结果分析的过程，提高了实验操作和实验数据处理能力。

[1]《物理化学实验》（第二版）编写组编著北京：高等教育出版社，2024年[2] 《物理化学实验指导》宋xxxxxxxx编著北京：化学工业出版社。

偶极矩实验报告物理化学[实验目的]通过实验对偶极矩的性质进行研究，了解偶极矩与物质结构的关系，学习用物理化学方法测定偶极矩的实验技术。

[实验原理]偶极矩是描述分子或离子的电荷分布不均匀而产生的电性质的物理量。

它是一个矢量，表示为p，其大小为电荷分布不均匀引起的正负电荷之间的空间距离乘以电荷大小的乘积，即p = qd。

对于非离子型分子，偶极矩的大小可通过油滴实验进行测定。

油滴实验即利用表面张力和电场的作用对油滴进行悬浮和移动，进而测定油滴的电荷量从而得到偶极矩的大小。

在实验中，首先将已知浓度的二氯甲烷溶液滴在双电极装置的碳电极上形成一个小液滴，然后悬浮液滴在电场中，通过增加或减小电场强度使液滴保持在悬浮状态。

当找到平衡状态时，测量电场强度和液滴悬浮高度，根据已知的单位电荷量和表面张力的关系可以求得液滴的电荷量。

最后根据已知的液滴体积和电荷量，可以计算出液滴的偶极矩。

[实验步骤]1.准备工作：清洗实验仪器、电极材料、溶液等。

2.调节电源：根据实验要求设置电压、电流。

3.电荷流量调节：通过控制电极分开并调整时间来调节电荷流量。

4.悬浮油滴：滴一滴二氯甲烷溶液于双碳电极上。

5.加电场：打开电源，设置合适的电压、电流值。

6.测量悬浮高度：测量油滴的悬浮高度并记录。

7.改变电场：增加或减小电场强度，调节油滴的悬浮高度。

8.计算电荷量：根据液滴的悬浮高度和已知的单位电荷量计算液滴的电荷量。

9.计算偶极矩：根据液滴的电荷量和已知的液滴体积计算液滴的偶极矩。

[数据处理与结果分析]根据实验数据，通过计算可以得到油滴的电荷量和偶极矩。

将实验数据汇总，制作表格和图表，分析实验结果和数据的变化趋势。

[实验总结]通过本实验，我们深入了解了偶极矩的性质和测定方法。

通过油滴实验，我们得到了实验数据，并运用物理化学的知识对数据进行分析和处理，最终得出了油滴的电荷量和偶极矩。

本实验在实践中提高了我们的操作能力和实验技巧，在理论上加深了对偶极矩的理解。

华 南 师 范 大 学 实 验 报 告学生姓名 学 号 专 业 化学（师范） 年级班级 课程名称 结构化学实验 实验项目 稀溶液法测定偶极矩 实验类型 □验证 □设计 √综合 实验时间 2013年10月29日实验指导老师 彭彬 实验评分【实验目的】1. 掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术2. 了解偶极矩与分子电性质的关系3. 测定正丁醇的偶极矩 【实验原理】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。

由于空间构型的不同，其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。

1912年，德拜提出“偶极矩”的概念来度量分子极性的大小，其定义是qd →μ 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是一个矢量，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，趋向电场方向排列。

这时称这些分子被极化了。

极化的程度可以用摩尔转向极化度P μ来衡量。

P μ与永久偶极矩μ的平方成正比，与绝对温度T 成反比。

kT 9μπN 4P A μ=②式中，k 为波兹曼常数；NA 为阿弗加德罗常数；T 为热力学温度；μ为分子的永久偶极矩。

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 诱导可分为两项，即电子极化度P e 和原子极化度P a ，因此P 诱导 = P e + P a ③如果外电场是交变场，极性分子的极化情况则与交变场的频率有关。

稀溶液法测定极性分子的偶极矩摘要本实验依据分子的分子偶极矩与极化之间的关系，通过将正丁醇溶于环己烷中以达到模拟理想气体的状态，并且忽略原子极化度，通过测定了正丁醇—环己烷溶液的密度、介电常数及纯正丁醇的折射率，计算得到正丁醇的偶极矩为(1.560.05)()D μσμ±=±，实验值相对误差3%；与文献值1.66(D )误差6%。

引言1. 理论概念物质的分子尺度中普遍存在分子间偶极矩，它是由分子正负电荷中心偏移而产生的；用以表征分子的极性大小。

其定义为分子正负电荷中心所带电荷q 和分子正负电荷中心之间的距离l 的乘积μ=ql 。

μ的单位是Debye ，1D ＝3.33564×10-30C m ⋅。

在电场存在的条件下，分子会产生诱导极化，包括由电子相对原子核位移产生的电子极化和由原子核间相对位移产生的原子极化。

诱导极化大小为二者的加和。

同时，极性分子在电场中会出现一定的取向有规律排列现象，以降低势能；这称为分子的转向极化，用摩尔转向极化度P μ衡量。

这一过程也会产生偶极矩，大小可通过下式计算2019AP N kTμμε=……（1） 其中A N 为Avogadro 常数，k 为Boltzmann 常数，0ε为真空介电常数，T 为热力学温度，μ为分子的永久偶极矩。

总摩尔极化度为电子、原子、转向极化度之和。

E A P P P P μ=++ (2)在外电场方向发生改变时，偶极矩方向也会随之改变，这一改变时间称为弛豫时间。

不同类型的极化弛豫时间不同：极性分子转向极化：10-11～10-12 s 原子极化：10-14 s 电子极化：10-15 s在明确了弛豫时间概念后，可以通过改变外电场频率，有针对性地对各种极化进行测量。

2. 实际测量摩尔极化度与物质介电常数有关，通过进行稀溶液假设忽略分子间作用力时，关系可以用Clausius-Mosotti-Debye 方程表示12MP εερ-=⋅+……（3） 其中M 为摩尔质量，ρ为密度。

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。

溶液法测定物质的偶极矩摘要：本实验利用溶液法，通过测定不同浓度的正丁醇溶液在同一条件下的折射率、电容、密度等各种性质计算出分子的永久偶极矩，并对比实验结果分析了解电介质在外电场中的极化现象。

关键词 ： 极化现象 偶极矩 溶液法前言：分子结构可以被看成是由电子和分子骨架所构成。

由于其空间构型不同其正负电荷中心可以重合，也可以不重合，前者称为非极性分子，后者称为极性分子，分子的极性可用偶极矩来表示。

电介质分子处于电场中，电场会使非极性分子的正负电荷中心发生相对位移而变得不重合，电场也会使极性分子的正负电荷中心间距增大这样会使分子产生附加的偶极矩（诱导偶极矩）。

这种现象称为分子的变形极化。

可以用平均诱导偶极矩m 来表示变形极化的程度。

在中等电场下设m = α D E 内 (1) 式中E内为作用于个别分子上的强场。

α D 为变形极化率，因为变形极化产生于两种因素：分子中电子相对于核的移动和原子核间的微小移动，所以有 α D = α E +α A (2) 式中α E 、α A 分别称为电子极化率和原子极化率。

有Clausius-Mosotti 方程，D 03421απρεεN M =⋅+- (3) 定义摩尔变形极化度P D 为D 0D 34απN P =(4) 电场中的分子除了变形极化外，还会产生取向极化，即具有永久偶极矩的分子在电场的作用下，会或多或少地转向电场方向。

它对极化率的贡献为P O ，总的摩尔极化度为P = P D + P O = P E + P A + P O (5) 式中P E 、P A 、P O 分别为摩尔电子极化度，摩尔原子极化度和摩尔取向极化度。

如将电介质置于交变电场中，则其极化和电场变化的频率有关。

交变电场的频率小于1010秒-1时，极性分子的摩尔极化度P 中包含了电子原子和取向的贡献。

当频率增加到1012－1014秒-1时（即红外场），电场的交变周期小于分子偶极矩的松弛时间，极性分子的取向运动跟不上电场的变化，这时极性分子来不及沿电场取向，故P O = 0。