偶极矩的测定28页PPT
偶极矩的测定
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。
偶极矩的测定ppt课件
厦门大学化学化工学院
1
分子
偶极矩
极性分子
非极性分子
正负电荷中心不重合 正负电荷中心重合
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、实验目的
1．用溶液法测定乙醇的偶极矩。 2．了解分子偶极矩和分子电性质的关系 3．掌握折射法测偶极矩的实验技术。
3
二、实验仪器和试剂
容量瓶(50mL)4只 数字小电容测试仪 电容池一只 电吹风一只 环己烷(AR)预先干燥处理 乙醇(AR)预先干燥处理
6
转向极化：分子沿外电场的方向作定向的转动而产生极化；
变形极化（电子极化和原子极化）：分子中的电子云对分
子骨架的相对移动和分子骨架的变形而产生极化。 极化的程度可用摩尔极化度衡量：
P P转向+P变形＝P转向+(P电子＋P原子）
uur
P转向＝
4 9
LA
2
kT
(1)
7
如何求 P转向 ？ 转向
摩尔极化度（P）
4
三、实验原理与方法 分子极性大小用偶极矩来度量，其定义：
q r
偶极矩是矢量，规定： 方向是从正电荷中心指向负电荷中心
5
极性分子具有永久偶极矩，在没有外电场 存在时，由于分子热运动，偶极矩指向各方向 机会均等，故其偶极矩统计值为零。
若将极性分子置于均匀的外电场中，分子 将会沿电场方向作定向转动，同时分子中的电 子云对分子骨架发生相对移动，分子骨架也会 变形，称为分子极化。极化的程度可用摩尔极 化度P来度量。
标 1
代入12即可求得Cd
14
选择溶剂应考虑以下因素： （a）必须是非极性的 （b）与溶剂的性质（如密度等）相
差越大越好，这样不同浓度溶液测量数据 的差别，测定相对误差小。
实验23 偶极矩的测定
P诱导 P 电子 P 原子 。但是在实验上由于条件的限制，很难做到这一点。所以一般总是在高频
电场下测定极性分子的电子极化度 P 电子 。 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 与折光率 n 的 关系为：
n2
(2.23.8)
习惯上用摩尔折射度 R2 来表示高频区测得的极化度，而此时， P转向 0 ， P原子 0
2.5 结构化学部分
实验 23 偶极矩的测定
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。
移液管（5ml 带刻度） 干燥器 电子天平 乙酸乙酯(分析纯)
1只 1只 1台
(1) 溶液配制：将 5 个干燥的容量瓶编号，分别称量空瓶重。在 2～5 号空瓶内分别加 入 0.5mL、1.0mL、1.5mL 和 2.0mL 的乙酸乙酯再称重。然后在 1～5 号的 5 个瓶内加环己烷 至刻度，再称重。操作时应注意防止溶质、溶剂的挥发以及吸收极性较大的水气。为此，溶 液配好后应迅速盖上瓶塞，并置于干燥器中。 (2) 折光率的测定：用阿贝折光仪测定环己烷及各配制溶液的折光率。 测定前先用少量样品清洗棱镜镜面两次，用洗耳球吹干镜面。测定时滴加的样品应均匀 分布在镜面上，迅速闭合棱镜，调节反射镜，使视场明亮。转动右边的消色散旋钮，使右镜 筒内呈现一条清晰的明暗临界线。转动左边调节旋钮，使临界线移动至准丝交点上，此时可 在左镜筒内读取右列的折光率读数．每个样品要求测定 2 次，每次读取两个读数，这些数据 之间相差不能超过 0.0003。 (3) 介电常数的测定： 电容 C0 和 Cd 的测定 本实验采用环己烷作为标准物质。其介电常数的温度公式为： ε环己烷=2.052-1.55╳10 t 式中 t 为测定时的温度(℃)。 插上小电容测量仪的电源插头，打开电源开关、预热 10 分钟。 用配套的测试线将数字小电容测量仪上的“电容池座”插座与电容池上的“Ⅱ”插座相 连，将另一根测试线的一端插入数字小电容测量仪的“电容池”插座，另一端暂时不接。 待数显稳定后，按下校零按钮，数字表头显示为零。 在电容池样品室干燥、清洁的情况下（电容池不清洁时，可用已醚或丙酮冲洗数次，并 用电吹风吹干） ，将测试线未连接的一端插入电容池上的“Ⅰ”插座，待数显稳定后，数字表 头指示的便为空气电容值 C’空。 拔出电容池“Ⅰ”插座一端的测试线，打开电容池的上盖，用移液管量取 1mL 环己烷注 入电容池样品室(注意样品不可多加，样品过多会腐蚀密封材料)，每次加入的样品量必须相 同。待数显稳定后，按下校零按钮，数字表头显示为零。将拔下的测试线的一端插入电容池 上的“Ⅰ”插座，待数显稳定后，数字表头显示的便为环己烷的电容值。吸去电容池内的环 己烷（倒在回收瓶中） ，重新装样，再次测量电容值，两次测量电容的平均值即为 C’环己烷。 用吸管吸出电容池内的液体样品，用电吹风对电容池吹气，使电容池内液体样品全部挥 发，至数显的数字与 C’空的值相差无几（＜0.05 PF） ，才能加入新样品，否则需再吹。 将 C’空、C’环己烷值代入(2.23.20)、(2.23.21)，可解出 Co 和 Cd 值。 溶液电容的测定 与测纯环己烷的方法相同。 重复测定时， 不但要吸去电容池内的溶液， 还要用电吹风将电容池样品室和电极吹干。然后复测 C’空值，以检验样品室是否还有残留样 品。再加入该浓度溶液，测出电容值。两次测定数据的差值应小于 0.05PF，否则要继续复测。
偶极矩的测定
(12)
上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，分子的永久偶极矩就可用下面 简化式计算：
0.012 (P 2 8R2 )T
0 .04 1 2 3 0 6 0P 2 R 2 (C m )
(13)
在某种情况下，若需要考虑P原子影响时，只需对P2∞作部分 修正就行了。
• 折光率的测定：用阿贝折光仪测定CCl4及各配制溶 液的折光率，注意测定时各样品需加样3次，每次 读取三个数据。
(3)
五、数据处理
(液1)的计密算度四氯溶及化摩碳尔(C分Cl数4)的X2密。度 1和各溶
MCC4l15.38
MCH 3CO2 O H5C8.811
编号 1
2
3
4
5
项目
瓶重(g)
(4)
式中，M为被测2物质 的分子量； ρ为该物质的密度；ε可以
通过实验测定。
但(4)式是假定分子与分子间无相互作用而推导得到的。 所以它只适用于温度不太低的气相体系，对某些物质甚至根 本无法获得气相状态。因此后来提出了用一种溶液来解决这 一困难。溶液法的基本想法是，在无限稀释的非极性溶剂的 溶液中，溶质分子所处的状态和气相时相近，于是无限稀释 溶液中溶质的摩尔极化度 P2∞，就可以看作为(4)式中的P。
此外测定偶极矩的方法还有多种，如温度法、分子束法、分 子光谱法及利用微波谱的斯诺克法等。这里就不一一介绍了。
(4) 介电常数的测定
介电常数是通过测定电容计算而得的。我们知道，如果在电容 器的两个极板间充以某种电解质，电容器的电容量就会增大。 如果维持极板上的电荷量不变，那么充电解质的电容器二板间 电势差就会减少。设 C0为极板间处于真空时的电容量，C为充 以电解质时的电容量，则C与 C0之比值ε称为该电解质的介电
物理化学实验课件-实验十九 偶极距的测定PPT28页
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
物理化学实验课件－实验十九 偶极距
的测定
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便
偶极矩的测定
µ = 0.04274 ×10-30 (P2∞ − R2∞ )T
/ C ⋅ m、
分子的微观性质偶极矩与宏观性质介电常数、密度和折光率相联系
溶液法测偶极矩：通过测量电容后计算介电常数而得到偶极矩
本实验采用环己烷作为标准物质，用电桥法测量电容。
(1) C 标' ＝ C 标 + C d (2) C 空' ＝ C 空 + C d
C
' 空
= C0
+ Cd
C标' = ε标C0 + Cd
Cd
=
C空′ ε 标－C标′ ε 标－1
(5)
C0
=
C 标′ － C 空′
ε 标－1
(6)
将所求得Cd值代入式(3)，可得溶液的电容值C溶，带入(4)得ε
环己烷介电常数与温度的关系 ε = 2.023 − 0.00160(t /o C − 20) (7)
P2∞ 无限稀释时溶质摩尔极化度
R2∞
溶液无限稀释时溶质摩尔折射度
分子的微观性质偶极矩与宏观性质介电常数、 密度和折光率相联系
C⋅m
对极性分子，分子的摩尔极化度由三部分组成
P = P取向+ P电子+ P原子
摩尔取向极化度P取向：偶极矩沿外电场电场作用方向定向排 列 变形极化度P电子、P原子：电子云对分子骨架的相对移动和分 子骨架的变形
ε溶 = ε1(1 + αx2 )
ρ溶 = ρ1 (1 + βx2 )
ε溶, ρ溶 分别为溶液的介电常数、密度
由于在红外频率下测P变形较困难，所以一般是在高频电场中测P电子
根据光的电磁理论 ε = n2
用摩尔折射度R2表示高频区测得的摩尔极化度
溶液法测定极性分子的偶极矩 - 复旦大学PPT正式版
三、实验仪器
PCM-1A型 精密电容 测量仪
比重管
阿贝折光仪 电吹风
四、实验步骤
1. 折射率的测定
❖ 用阿贝折光仪测定四氯化碳及各配制溶液的折 光率，注意测定时各样品需加样3次，每次读取 三个数据。
P 电 子 R 2 x l2 i0 m n n 1 1 2 2 1 2 M 2 ρ 1 β M 1n 6 1 2 n 1 2 M 2 1 2 γ ρ 1 7
二 实验原理
❖ 式中，n1为溶剂的折射率；γ为常数，可由稀溶液的
近似公式求得：
Hale Waihona Puke n溶＝n1(1＋γx2) 式中，n溶是溶液的折射率。
❖ 当交变电场的频率进一步增加到大于1015s-1的高频(可 见光和紫外频率)时，极性分子的摩尔极化度等于电 子极化度P电子。
二 实验原理
❖ 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P诱 导，两者相减得到极性分子摩尔转向极化度 P转向，然 后代入(2)式就可算出极性分子的永久偶极矩来。
μ=q·d
（1）
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 。
• 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 。
2. 介电常数的测定
(1) 将电容测量仪通电，预热10min。
四、实验步骤
偶极矩测定
一、实验目的1.测定正丁醇的偶极矩，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原理和方法。
二、预习要求1.了解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。
三、实验原理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=gd (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)。
而过去习惯使用的单位是德拜(D)，1D=3.338×10-30C·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)其中，(3)式中，N A为阿佛加德罗(Avogadro)常数;K为玻耳兹曼(Boltzmann)常数;T为热力学温度。
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(ν<1010s-1)或静电场中测得P;在ν≈1015s-1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。
这样由(4)式可求得P转向，再由(3)式计算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。
因为在无限稀的溶液中，极性溶质分子所处的状态与它在气相时十分相近，此时分子的偶极矩可按下式计算:(5)式中，P∞2和R∞2分别表示无限稀时极性分子的摩尔极化度和摩尔折射度(习惯上用摩尔折射度表示折射法测定的P电子);T是热力学温度。
偶极矩的测定PPT课件
.
19
4、实验记录与数据处理
(1)、实验体系
乙醇的环己烷溶液 测电容和折射率时恒温温度：20℃或25℃
(2)、实验记录及数据处理
记录实验数据并进行数据计算处理，对比 实验结果与理论文献值的差别，分析原因并思 考如何处理。
.
20
五、思考问题
1、本实验测定偶极矩时做了哪些近 似处理?
2、准确测定溶质的摩尔极化度和摩 尔折射度时，为何要外推到无限稀释?
P 1 gM 2
（气体） 相互作用小
在非极性溶剂的无限稀溶液中，极性分子的状态和气体相近也 可利用该式来计算。
乙醇
环己烷
.
9
可以采用溶液法测定摩尔极化度。 在低频下对于无限稀释的溶质，利用稀溶液中的近似 公式：
溶 1 ( 1 x 2 ),溶 1 ( 1 x 2 )
可导出摩尔极化度有下述表达式：
.
7
如何求 P转向 ？ 转向
摩尔极化度（P）
原子
电子 射频 89
低频
微波 10 11
可
红外
见
光
12 13 14 15
lg(v/Hz)
中频
紫外 16 17
PP 转 向 +P 电 子 ＋ P 原 子 PP 变 形 ＝ P 电 子 ＋ P 原 子
.
8
如何测定P？
对于分子间相互力很小的体系，如温度不太低的气体，P与介 电常数的关系为：
13本实验的待测物质放在电容池中利用小电容测试仪迚行测试但电容池在小电容测试仪的插孔上所呈现的电容c可看作为电容池二电极间的电容c和整个测试系统中的分布电容c丌是所测物质的电容应在各次测量后扣除
偶极矩的测定
厦门大学化学化工学院
偶极矩的测定
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）。
偶极矩的测定
C
(14)
Co
法拉第在1837年就解释了这一现象，认为这是由于电解质
在电场中极化而引起的。极化作用形成一反向电场，如图(3)
所示，因而抵消了一部分外加电场。
测定电容的方法一般有电桥法、拍频法和谐振法，后二者
为测定介电常数所常用，抗干扰性能好，精度高，但仪器价 格较贵。本实验中采用电桥法，选用的仪器为CC—6型小电 容测定仪。其桥路为变压器比例臂电桥。电桥平衡条件是：
中给予扣除。测求 Cd 的方法如下：
第一步，电容池盛空气，测定出 C
' 空
C空 ' C空Cd
（2-16）
第二步，电容池盛标准物质，测定出
C
' 标
C标 ' C标Cd
(2-17)
因C空与C标间有如下关系（近似将 C空 Co )
C标 C空
(18)
将（2-16）、（2-17）和（2-18）三式联立求解，可得:
此外测定偶极矩的方法还有多种，如温度法、分子束法、分 子光谱法及利用微波谱的斯诺克法等。这里就不一一介绍了。
(4) 介电常数的测定
介电常数是通过测定电容计算而得的。我们知道，如果在电容 器的两个极板间充以某种电解质，电容器的电容量就会增大。 如果维持极板上的电荷量不变，那么充电解质的电容器二板间 电势差就会减少。设 C0为极板间处于真空时的电容量，C为充 以电解质时的电容量，则C与 C0之比值ε称为该电解质的介电
上面已经提到，在红外频率的电场下，可以测得极性分子 摩尔诱导极化度P诱导= P电子+P原子 。但是在实验上由于条件的限 制，很难做到这一点。所以一般总是在高频电场下测定极性分 子的电子极化度 P电子 。
根据光的电磁理论，在同一频率的高频电场作用下，透明 物质的介电常数与折光率的关系为
物理化学实验课件-实验十九 偶极距的测定PPT共28页
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
Байду номын сангаас谢谢！
偶极矩的测定
偶极矩的测定一、实验目的:1.用溶液法测定CHCl 3的偶极矩2.了解介电常数法测定偶极矩的原理3.掌握测定液体介电常数的实验技术二、基本原理:1. 偶极矩与极化度分子结构可近似地被看成是由电子云和分子骨架(原子核及内层电子)所构成的，分子本身呈电中性，但由于空间构型的不同，正、负电荷中心可重合也可不重合，前者称为非极性分子，后者称为极性分子。
分子极性大小常用偶极矩来度量，其定义为：qd =μ（1）其中q 是正负电荷中心所带的电荷，d 为正、负电荷中心间距离，μ为向量，其方向规定为从正到负。
因分子中原子间距离的数量级为10-10m ，电荷数量级为10-20C ，所以偶极矩的数量级为10-30C ·m 。
极性分子具有永久偶极矩。
若将极性分子置于均匀的外电场中，则偶极矩在电场的作用下会趋向电场方向排列。
这时我们称这些分子被极化了。
极化的程度可用摩尔定向极化度P u 来衡量。
P u 与永久偶极矩平方成正比，与热力学温度T 成反比kTN kT L P A 2294334μπμπμ==(A N kTP πμμ49=) （2）式中k 为玻尔兹曼常数，N A 为阿伏加德罗常数。
在外电场作用下，不论是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，分子骨架也会发生变形，这种现象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，为电子极化和原子极化之和，分别记为P e 和P a ，则摩尔极化度为：P m = Pe + Pa + P μ （3） 对于非极性分子，因μ=0，所以P= Pe + Pa外电场若是交变电场，则极性分子的极化与交变电场的频率有关。
当电场的频率小于1010s -1的低频电场或静电场下，极性分子产生的摩尔极化度P m 是定向极化、电子极化和原子极化的总和，即P m = Pe + Pa + P μ。
而在电场频率为1012s -1～1014 s -1的中频电场下（红外光区），因为电场的交变周期小，使得极性分子的定向运动跟不上电场变化，即极性分子无法沿电场方向定向，则P μ= 0。
偶极矩的测定
(2) 极化度的测定
克劳修斯、莫索和德拜从电磁场理论得到了摩尔极化度与介电 常数ε
P 1 M
C
(14)
Co
法拉第在1837年就解释了这一现象，认为这是由于电解质
在电场中极化而引起的。极化作用形成一反向电场，如图(3)
所示，因而抵消了一部分外加电场。
测定电容的方法一般有电桥法、拍频法和谐振法，后二者
为测定介电常数所常用，抗干扰性能好，精度高，但仪器价 格较贵。本实验中采用电桥法，选用的仪器为CC—6型小电 容测定仪。其桥路为变压器比例臂电桥。电桥平衡条件是：
六、注意事项
• 实验中应防止溶液挥发、吸收水气 ，浓 度改变。配制、取样动作迅速，取样后 立即加盖进行测定。
• 重复测定时，要倾去原溶液，电容池干 燥后再测定。
七、思考题
试分析本实验中误差的主要来源，如何改进?
八、参考文献
• 物理化学实验 (第二版) 东北师范大学等 校编 北京: 高等教育出版社
溶（ 11X2）
(5)
溶（ 11X2）
(6)
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：
lim P P 2 x 2 0P 2 (3 1 2 1 )2M 1 11 1 1 2 M 2 1M 1 (7)
上述(5)、(6)、(7)式中，ε溶、ρ溶 是溶液的介电电常数和密度； M2、X2 是溶质的相对分子质量和摩尔分数； ε1 、ρ1 、M1 分 别是溶剂的介电常数、密度和相对分子质量；α、β是分别与ε溶 - X2 和 ρ溶- X2 直线斜率有关的常数。
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上面已经提到，在红外频率的电场下，可以测得极性分子 摩尔诱导极化度P诱导= P电子+P原子 。但是在实验上由于条件的限 制，很难做到这一点。所以一般总是在高频电场下测定极性分 子的电子极化度 P电子 。
根据光的电磁理论，在同一频率的高频电场作用下，透明 物质的介电常数与折光率的关系为
n2
(8)
PN3K 2T
2
4 N
9 KT
(2)
式中：K为玻兹曼常数，N
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。
(4)
式中，M为被测2物质 的分子量； ρ为该物质的密度；ε可以
通过实验测定。
但(4)式是假定分子与分子间无相互作用而推导得到的。 所以它只适用于温度不太低的气相体系，对某些物质甚至根 本无法获得气相状态。因此后来提出了用一种溶液来解决这 一困难。溶液法的基本想法是，在无限稀释的非极性溶剂的 溶液中，溶质分子所处的状态和气相时相近，于是无限稀释 溶液中溶质的摩尔极化度 P2∞，就可以看作为(4)式中的P。
习惯上用摩尔折射度来表示高频区测得的极化度，而此时，
P转向=0，P原子=0，则
R2
P电子nn2212
M
(9)
n溶n1(1X2)
(10)
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：
lim P 电 子 R 2 X 2 0R 2n n 1 1 2 2 1 2M 2 1M 1(n 6 1 2 n 1 2M 2 )1 21
溶（ 11X2）
(5)
溶（ 11X2）
(6)
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：
lim P P 2 x 2 0P 2 (3 1 2 1 )2M 1 11 1 1 2 M 2 1M 1 (7)
上述(5)、(6)、(7)式中，ε溶、ρ溶 是溶液的介电电常数和密度； M2、X2 是溶质的相对分子质量和摩尔分数； ε1 、ρ1 、M1 分 别是溶剂的介电常数、密度和相对分子质量；α、β是分别与ε溶 - X2 和 ρ溶- X2 直线斜率有关的常数。
此外测定偶极矩的方法还有多种，如温度法、分子束法、分 子光谱法及利用微波谱的斯诺克法等。这里就不一一介绍了。
(12)
上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，分子的永久偶极矩就可用下面 简化式计算：
0.012 (P 2 8R2 )T
0 .04 1 2 3 0 6 0P 2 R 2 (C m )
(13)
在某种情况下，若需要考虑P原子影响时，只需对P2∞作部分 修正就行了。
(11)
上述(10)、(11)式中，n溶 是溶液的折射率，是溶剂的折射率， γ是与n溶-X2直线斜率有关的常数。
(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原子大得多，故常常忽视原子极化度。
从(2)、(3)、(7)和(11)式可得
P2R2
4N2
9 KT
上述测求极性分子偶极矩的方法称为溶液法。溶液法测溶质 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 因是由于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剂法测量偶极矩的“溶剂效应”。 罗斯和赛奇等人曾对溶剂效应开展了研究，并推导出校正公 式。有兴趣的读者可阅读复旦大学等编《物理化学实验》下 册参考资料［5］。
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P诱导，两 者相减得到极性分子摩尔转向极化度P转向，然后代入(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
克劳修斯、莫索和德拜从电磁场理论得到了摩尔极化度与介电 常数ε
P 1 M
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。
PP转向 P电子 P原子
(3)
当频率增加到1012～1014的中频(红外频率)时，电子的交变 周期小于分子偶极矩的松弛时间，极性分子的转向运动跟不 上电场的变化，即极性分子来不及沿电场方向定向，故 P转向 =0，此时极性分子的摩尔极化度等于摩尔诱导极化度P诱导。 当交变电场的频率进一步增加到＞1015秒-1的高频(可见光和紫 外频率) 时,极向分子的转向运动和分子骨架变形都跟不上电 场的变化，此时极性分子的摩尔极化度P等于电子极化度 P 电 子。
偶极矩的数量级是10-30C·m。
，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。
一、实验目的
1.用稀溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩。 2.掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技 术。 3.了解偶极矩与分子电性的关系 。 4.学会电容测量仪的使用。
二、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。
d
-
+
q
q
图1 偶极矩示意图
图2
1912年德拜提出“偶极矩” 的概念来度量分子极性的大小， 如图1所示，其定义为
µ=q·d
(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