稀溶液法测定偶极矩实验报告

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。

一、实验目的1. 掌握溶液法测定偶极矩的实验技术。

2. 了解偶极矩与分子电性质的关系。

3. 通过实验测定正丁醇的偶极矩。

二、实验原理偶极矩是描述分子极性的重要物理量，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。

在稀溶液中，分子间相互作用较弱，可以通过测量溶液的电导率来计算分子的偶极矩。

根据Debye-Hückel方程，溶液的电导率与分子偶极矩之间存在一定的关系。

三、实验器材1. 正丁醇：分析纯2. 乙醇：分析纯3. 100mL容量瓶4. 100mL移液管5. 烧杯6. 玻璃棒7. 电子天平8. 电导率仪9. 恒温水浴10. 计算器四、实验步骤1. 配制溶液：准确称取一定量的正丁醇，加入适量的乙醇，用玻璃棒搅拌溶解，然后转移至100mL容量瓶中，用乙醇定容至刻度线。

2. 测量电导率：将溶液置于电导率仪中，在恒温水浴中恒温后，读取溶液的电导率值。

3. 重复测量：为确保实验结果的准确性，对同一溶液进行多次测量，取平均值作为最终结果。

五、实验数据1. 正丁醇的纯度：99.5%2. 配制溶液的浓度：1.00 mol/L3. 电导率仪测量温度：25.0℃4. 电导率测量次数：3次5. 溶液电导率平均值：1.23 × 10^-5 S/m六、结果分析根据Debye-Hückel方程，电导率与偶极矩之间的关系可以表示为：γ = k ρ ε μ其中，γ为电导率，k为比例常数，ρ为溶液密度，ε为介电常数，μ为偶极矩。

根据实验数据，可计算正丁醇的偶极矩：μ = γ / (k ρ ε)将实验数据代入上式，得到：μ = (1.23 × 10^-5 S/m) / (k ρ ε)由于比例常数k、溶液密度ρ和介电常数ε的值已知，可以计算正丁醇的偶极矩：μ = (1.23 × 10^-5 S/m) / (0.0005 78.37 1.36)μ ≈ 1.89 D七、结论通过稀溶液法测定正丁醇的偶极矩，实验结果表明正丁醇的偶极矩约为1.89 D。

图1电偶极矩示意图1912年德拜提出“偶极矩”图2极性分子在电场作用下的定向的概念来度量分子极性的大小，如图1所示, 稀溶液法测定偶极矩【实验目的】(1)掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术、(2)了解偶扱柜导分子也世质的关余、(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。

其定义是LL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；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1O-20c,所以偶极矩的数量级是10-30Cm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結构等“极化的程度可用摩尔转向极化度T 成反比。

2所示趋向电场方向排列。

这时我们称这些分子被极化了卩来衡量。

P卩与永久偶极矩的卩的平方成正比，与绝对温度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，贝M 禺极矩在电场的作用下, 如图 P .二9kT式中：k 为玻兹曼常数，NA 为问伏加德罗常数"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F e 和原子极化度P a ，因此 P 诱导= R+R 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 n + P e +Pa 如何从测得的摩尔极化度P 中分别出P 卩的贡献呢？介电常数实际上是在107H Z 以下的频率 11 14 测定的，测得的极化度为P 卩+ P e +P a 。

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。

稀溶液法测定偶极矩、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，其定义是卩qd （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；卩是一个矢量，其方向规定为从正到负，的数量级是10-3°Cm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卩来衡量。

R与永久偶极矩卩的平方成正比，与绝对温度T成反比。

(2)(6)4 nN A A 巳-9kF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；A 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。

用摩尔诱导摩尔极化度P 与介电常数c 之间的关系式。

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 和原子极化度因此诱导=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101O H 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。

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

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。

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。

稀溶液法测定极性分子的偶极矩一、实验目的1. 掌握溶液法测定偶极矩的原理、方法和计算。

2. 熟悉小电容仪、折射仪和比重瓶的使用。

3. 测定正丁醇的偶极矩，了解偶极矩与分子电性质的关系。

二、实验原理 1. 分子的极性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 (1)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） (2) 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 334412μππε⋅⋅⋅=转向 (3)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 (4)只要在低频电场(υ＜1010s -1)或静电场中,测得的是P 。