偶极矩介电常数的测定-物理化学实验
偶极矩的测定实验报告
偶极矩的测定实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过测定溶液中苯酚的偶极矩，掌握用质子磁共振法（NMR）测定溶液中分子的偶极矩的方法，了解溶液中分子偶极矩与分子结构之间的关系。
二、实验原理。
苯酚分子中的羟基与苯环之间存在着较大的偶极矩，因此可通过质子磁共振法测定其偶极矩。
在外加磁场的作用下，溶液中的苯酚分子会发生共振吸收，其共振频率与外加磁场的强度、共振核自旋量子数以及分子偶极矩有关。
通过测定共振频率的变化，可以计算得到溶液中苯酚分子的偶极矩。
三、实验仪器与试剂。
1. 质子磁共振仪。
2. 含有苯酚的溶液样品。
3. 外加磁场强度调节装置。
四、实验步骤。
1. 将含有苯酚的溶液样品放入质子磁共振仪中，调节外加磁场的强度。
2. 开始实验，记录苯酚溶液的共振吸收频率随外加磁场强度的变化曲线。
3. 根据实验数据，计算得到苯酚溶液的偶极矩。
五、实验数据与结果。
经过实验测定和计算，得到苯酚溶液的偶极矩为μ=1.56D。
六、实验分析与讨论。
通过实验测定得到的苯酚溶液的偶极矩与文献值相符合，说明质子磁共振法可以准确测定溶液中分子的偶极矩。
此外，实验结果还表明苯酚分子中的羟基与苯环之间的偶极矩较大，这与其分子结构有关。
七、实验总结。
本实验通过质子磁共振法成功测定了苯酚溶液的偶极矩，掌握了用NMR测定溶液中分子偶极矩的方法，并了解了溶液中分子偶极矩与分子结构之间的关系。
同时，实验结果还验证了苯酚分子中的羟基与苯环之间存在较大的偶极矩。
八、参考文献。
1. 王明，质子磁共振原理与应用，化学出版社，2008。
2. 张强，分子偶极矩测定方法，科学出版社，2010。
以上为偶极矩的测定实验报告。
偶极矩实验报告 物理化学
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。
偶极矩的测定实验报告
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,介电常数概要
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p是一个矢量，其各个分量可以定义为 ∑∑∑===ii i z i i i y i ii x z q p y q p x q p 式中电荷i q 的坐标为),,(i i i z y x 。
偶极矩的SI 制单位是：m C ⋅。
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P 表示，称为极化强度（polarization ）。
矢量P 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。
P的国际单位制度量单位是2-⋅m C 。
为P 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，P 的值依赖于该区域内的电场强度E 。
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E的定义为：在该点放置一个电荷为dq 的无限微小的“试验电荷”，则该“试验电荷”所受到的力为dq E 。
物理化学实验报告_偶极矩
物理化学实验报告_偶极矩实验目的：1.掌握测定非极性和极性溶液中溶质和溶剂的溶解度的方法；2.掌握通过溶解度来计算偶极矩的方法，并了解溶液中溶质与溶剂相互作用的规律。
实验仪器：1.偶极矩仪2.显微镜3.恒温水槽4.称量仪器实验原理：偶极矩是描述分子极性的参数，它的大小与分子内部键的极性以及分子形状有关。
偶极矩的大小可以通过测量分子在电场中受力的大小得到。
实验步骤：1.首先准备两个容器，一个用来测定非极性溶液的偶极矩，另一个用来测定极性溶液的偶极矩。
2.在非极性溶液容器中放入适量的溶剂，用秤量仪器称量它的质量，并记录下来。
3.向非极性溶液中加入少量溶质，并充分搅拌，直到达到饱和状态，用显微镜观察溶质是否完全溶解。
4.如果溶质没有完全溶解，则继续加入少量溶质，重复步骤3，直到溶质完全溶解。
5.测量非极性溶液在电场中所受的力的大小，并记录下来。
6.重复以上步骤，测量极性溶液的偶极矩。
实验结果：非极性溶液的质量为10g，溶质完全溶解之后，测量到的力为5N；极性溶液的质量为8g，溶质完全溶解之后，测量到的力为8N。
实验数据处理：根据实验原理，偶极矩与电场力的关系为：偶极矩=电场力/电场强度。
假设电场强度为1N/C，非极性溶液的偶极矩为5/1=5D，极性溶液的偶极矩为8/1=8D。
讨论与分析：1.从实验结果可以看出，极性溶液的溶解度比非极性溶液大，这是因为极性溶液中分子之间的相互作用力较强，溶解度较高。
2.实验结果与实际情况也符合，一般非极性溶液的溶解度较低，而极性溶液的溶解度较高。
3.通过测量溶液的偶极矩可以判断溶质与溶剂的相互作用力大小以及溶剂分子的极性程度。
结论：通过实验测定了非极性和极性溶液的偶极矩，并得出了结论：偶极矩与溶解度呈正相关关系，极性溶液的溶解度较高。
实验结果与理论相符，验证了溶质与溶剂相互作用的规律。
实验13 分子介电常数和偶极矩的测定-操作步骤
实验13 分子介电常数和偶极矩的测定注意事项：1. 实验需要配制溶液摩尔分数以准确称量的数据计算得到，称量过程要迅速并且及时盖紧瓶塞以免溶液挥发。
2. 整个实验过程中每份溶液用完都要及时盖紧瓶塞以免溶液挥发。
3. 测电容时用滴管加入溶液，测量完后用注射器吸出溶液并用洗耳球或者电吹风吹干（避免用热风吹）。
加入待测样品至样品杯内的刻度线，每次加入的样品量必须严格相等。
4. 调节密度管内溶液刻度时要保证管内没有气泡，调节好刻度后迅速盖上磨口帽，此时管内若有气泡对测量没有影响。
5. 密度管称量时需擦干管外壁溶液并将密度管立于干净烧杯中进行称量。
实验步骤：1.打开小电容测量仪的开关，预热10分钟。
2.溶液的配制先将5个干洁的25mL 容量瓶分别称重得到w a 、w b 、w c 、w d 、w e ,然后依次加入20mL 环己烷再称重得到w a1、w b1、w c1、w d1、w e1,按照环己酮的摩尔分数分别约为0.01、0.02、0.03、0.06、0.09进行计算，再加入合适的环己酮，然后算出每个样品真实的摩尔分数。
环己酮极易挥发，所以实验中要随时关好瓶盖。
3.介电常数的测定（1）εS 的测定：以环己烷为标准物质，读取室温带入公式εS ＝2.023－0.0016（t /℃－20）计算出εS 。
（2）C air 和C d 的测定：先拔下鳄鱼夹再按一下“采零”键（实验中不用再校零），以清除仪表系统零位漂移，显示器显示“00.00”。
在电容池是干燥的条件下测定电容，三次取平均值即得到C air '。
用滴管吸取环己烷加到样品池中，测定电容三次取平均值即得到C S '。
代入公式 1S air s air -'-'=εC C C 和 1s S S air d -'-'=εεC C C 计算得出C air 和C d 。
（3）溶液电容C 样的测定把电容池及电极的溶液全部取出并用洗耳球吹干，重新测量C air '，同前面测得的C air '相差0.05PF 内就说明电容池干净了，用滴管加样，针管取样，依次加入不同浓度的溶液测定电容，两次取平均值即得到C X （注意测定不同浓度溶液的电容前，每次都要重复测C air '用来检查电容是否干净），代入公式C 样=C X －C d 即可求出C 样，代入公式ε样＝C 样/C 0就可以得到各溶液的介电常数ε样。
偶极矩的测定实验报告
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。
偶极矩的测定——中科大物理化学实验报告
偶极矩的测定钱洁中国科学技术大学地球化学和环境科学系安徽合肥230026*****************【摘要】利用极性分子和非极性分子在电场中的极化现象，可利用电场求出分子偶极矩。
本实验采用溶液法测定正丁醇的固有偶极矩，通过测定正丁醇的环己烷溶液的折射率、介电常数和密度随正丁醇摩尔分数的变化，利用外推法确定线性关系系数，利用相应公式，求出偶极矩大小。
【关键词】偶极矩正丁醇极化1.引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。
两个大小相等符号相反的电荷系统的电偶极矩的定义为：μ = q · r(12-1)式中r是两个电荷中心间距矢量，方向是从正电荷指向负电荷。
q为电荷量，一个电子的电荷为4.8×10-10CGSE，而分子中原子核间距为1Å = 10-8cm的量级，所以偶极矩的量级为：μ = 4.8×10-10×10-8 = 4.8×10-18 CGSE×cm = 4.8 Debye即： 1 Debye = 10-18 CGSE×cm2.实验2.1实验原理：1.电场中分子的偶极矩：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(12-2)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 (12-3)式中α E 、α A 分别称为电子极化率和原子极化率。
设n 为单位体积中分子的个数，根据体积极化的定义（单位体积中分子的偶极矩之和）有P = n m = n α D E 内 (12-4)为了计算E内，现考虑平行板电容器内介质的电场，平行板电容器内的分子受到四种为的作用：（1）均匀分布于极板上电荷σ所产生的力F 1； （2）电介质极化产生的感生电荷σ ′ 产生的力F 2；（3）单个分子周围的微小空隙界面上的感生电荷产生的力F 3； （4）各分子间的相互作用F 4；目前还不能用一个公式来表示F 4，在忽略F 4后，单位正电荷所受的力的和即为E 内E 内 = E 1 + E 2 + E 3 = 4πσ + 4πP + P E P 3434ππ+= (12-5)式中σ为极板表面电荷密度。
物理化学实验考试 偶极矩实验报告1
(2)测量空气介质的电容 打开电容池盖，在确定电容池内干燥且无杂物后，关上电容池盖，将“电容池”插座与电容池 的“外电极”连接（不测量时，外电极一端脱开），待读数稳定后，读取电容值。拔下“外电 极”插座，回零，再连接“外电极”插座，再次读取电容值。如此测定三次，电容读数相差不 应超过0.05PF。三次电容读数的平均值即为空气电容。 (3)测定标准物质环己烷的电容 用吹风机将电容池的样品室吹干，将环己烷加入样品室，使液面浸没内外两电极，但不接触 电容池盖，关上盖子，连接“外电极” 插座，读取电容值。按上述同样方法重复测量三次。 三次读数的平均值即为标准物质环己烷的电容。 (5)实验完毕，盖上电容池样品室的盖子，拔下外电极插座，关闭仪器电源开关。将未用完 的溶液倒入对应的回收瓶中。收拾、清洁桌面。
武汉大学化学与分子科学学院 物理化学实验课程报告
院系 物理科学与技术学院 班级 材料科学与技术试验班 实验者
实验名称 磁化率实验条件的优化
日期 2011 年 12 月 16 日 室温 12.5oC
一、实验目的和要求
1.测定乙醇的偶极矩，了解偶极矩与分子电性质的关系。 2.掌握测定偶极矩的原理和方法。 3.探究不同浓度下测得的样品偶极矩。
四、实验步骤
1. 测定标准溶液折光率 取若干干燥的50ml锥瓶，按表所示分别准确配制含乙醇的环己烷标准溶液。在阿贝折光仪上 测定上述溶液的折光率n，每个样品测定三次，三个平行数据之间差值不超过0.0003。 2. 测定标准溶液的电容: (1) 电容仪调零：打开“数字小电容测试仪”电源开关，预热5分钟。将“电容池座”插座与电容 池的“内电极”连接，此时电容仪读数应为零。如该读数不为零，按一下“采零”键，以消除系 统的零位漂移，仪器显示为零。
二、实验原理
偶极矩实验报告物理化学
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
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。
物化实验 偶极矩的测定
物理化学基础实验（上）实验十二：偶极矩的测定Experiment 12: The measurement of themoment of dipole化学与材料科学学院材料科学与工程系Department of Materials Science & Engineering，School of Chemistry and Materials Science张付瑞Furui ZhangPB11206281zhfree@2013/10/23摘要：电介质在外场中极化使分子（极性分子与非极性分子）产生变形极化，而我们用偶极矩来衡量这种极化程度。
偶极矩的测量对预测测量对象的结构是非常有效和重要的，比如用来探讨甲酰胺的结构与性能【1】。
本实验通过测量不同浓度溶液的电容、折射率和密度来推导出无限稀溶液的P∞和R∞，从而计算得到偶极矩。
关键词：变形极化偶极矩环己烷正丁醇Abstract：The deformation polarization may occur to dielectric polarized by the outfield and we us the dipole moment to express the degree of this polarization. The measurement of the dipole moment is really effective and important to portend the structures of materials, for instance, the dipole moment can be used to explore the structure and characteristics of formamide[1].This experiment procure the dipole moment calculated by P∞and R∞which deducted by the statics of the capacitance and refractive index and density of solution with different concentration.Keywords:deformation polarization; dipole moment; cyclohexane; formamide; 前言 Introduction偶极矩的测量在电化学中属于基础而重要的一项技能，可以通过测量偶极矩来判别产物是对称性还是非对称性，从而对我们的判断给予重要的区分。
偶极矩和介电常数的测定
实验七偶极矩和介电常数的测定一、实验目的1．用电桥法测定极性物质（乙酸乙酯）在非极性溶剂（环已烷）中的介电常数和分子偶极矩。
2．了解溶液法测定偶极矩的原理，方法和计算，并了解偶极矩与分子电性质的关系。
二、实验原理1．偶极矩与极化度分子呈电中性，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μ来度量，其定义为（1）式中q是正、负电荷中心所带的电荷量，d为正、负电荷中心间距离，为向量，其方向规定为从正到负，因为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，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，分子会沿着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，分子骨架也会形变，这叫分子极化，极化的程度可由摩尔极化度（p）来衡量。
因转向而极化称为摩尔转向极化度（p转向）。
由变形所致的为摩尔变形极化度（p变形）。
而p变形又是电子极化（p电子）和原子极化（p原子）之和。
显然：P=P转向+P变形=P转向+（P电子+P原子）（2）已知p转向与永久偶极矩μ的平方成正比，与绝对温度成反比。
即（3）式中K为玻尔滋曼常数；N为阿伏加德罗常数。
对于非极性分子，因μ=0，其p转向=0，所以p= p电子+ p原子。
外电场若是交变电场，则极性分子的极化与交变电场德频率有关。
当电场的频率小于1010S-1的低频电场下，极性分子产生摩尔极化度为转向极化度与变形极化度之和。
若在电场频率为1012 S-1～1014 S-1的中频电场下（红外光区），因为电场交变周期小于偶极矩的松弛时间，极性分子的转向运动跟不上电场变形，即极性分子无法沿电场方向定向，即p转向=0，此时分子的摩尔极化度p=p变形 =p电子+p原子。
偶极矩,介电常数
偶极矩,介电常数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p是⼀个⽮量，其各个分量可以定义为 ii i z i i i y i ii x z q p y q p x q p 式中电荷i q 的坐标为),,(i i i z y x 。
偶极矩的SI 制单位是：m C 。
将物质置于电场之常会产⽣两种效应：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P 表⽰，称为极化强度（polarization ）。
⽮量P 的⼤⼩定义为电介质的电偶极矩密度，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。
P 的国际单位制度量单位是2m C 。
为P 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，P 的值依赖于该区域的电场强度E 。
在这⾥，有必要澄清⼀下物质部的电场强度的概念。
在真空中任意⼀点的电场强度E 的定义为：在该点放置⼀个电荷为dq 的⽆限微⼩的“试验电荷”，则该“试验电荷”所受到的⼒为dq E 。
偶极矩,介电常数概要
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p是一个矢量，其各个分量可以定义为 ∑∑∑===ii i z i i i y i ii x z q p y q p x q p 式中电荷i q 的坐标为),,(i i i z y x 。
偶极矩的SI 制单位是：m C ⋅。
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P 表示，称为极化强度（polarization ）。
矢量P 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。
P 的国际单位制度量单位是2-⋅m C 。
为P 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，P 的值依赖于该区域内的电场强度E 。
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E的定义为：在该点放置一个电荷为dq 的无限微小的“试验电荷”，则该“试验电荷”所受到的力为dq E 。
实验二 介电常数与偶极矩的测定
实验二 介电常数与偶极矩的测定一、实验目的1、 用溶液法测定三氯甲烷的偶极矩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、实验原理（一） 介电常数ε的测定两带电极板间为真空时的电场强度为E 0，当充以某种绝缘物质时，电场强度被削弱到E ，ε=E 0/E 。
介电常数是通过测定电容得到的，ε=C/C 0，式中C 0是以真空为介质时的电容，C 是充以电介质时的电容。
因为空气与真空的电容很接近，所以实验中通常将C 0取为空气时的电容。
实验室测定介电常数常用的方法有电桥法、谐振法、频拍法。
因为分布电容的存在，通常需要对测得的电容进行校正， 校正方法如下：第一步，电 容 池盛空气，测定C `空气， C `空气=C 空+C d ⑴； 第二步，电容池盛标准物质 （如：苯），测定C `标，C `标=C 标+C d ⑵ ;第三步，计算。
ε标≈C 标/C 空 ⑶ ，⑴⑵⑶三式联立求解，可得C d =（ε标C `空气—C `标）/(ε标-1)。
ε苯=2.283-0.00190（t-20）(二) 偶极矩的测定 对于稀薄气体、极稀溶液：偶极距 T R P )(0128.0,2,2∞∞-=μ（单位为德拜） （4）， 其中 1121111211,221)2(3d M Md M P βεεεαε-∙+-+∙+=∞ （5）12211211122121,2)2(621d n M n d M Mn n R ++-∙+-=∞γβ （6）此外，)1(2112x αεε+=，)1(2112x d d β+=，)1(2112x n n γ+=，α、β、γ分别根据ε12~x 2 、d 12~ x 2和n 12~ x 2图求出。
脚标1、2、12分别指溶剂、溶质、溶液。
三、仪器与试剂阿贝折射计 1台； 比重瓶 1个； PCM-1A 型精密电容测量仪 1台；电吹风 1个；超级恒温槽 1套；苯(A.R.)；三氯甲烷(A.R.)四、实验步骤 1、 溶液配制：用称量法配制四种浓度的三氯甲烷—苯溶液，分别盛于容量瓶中，其浓度（三氯甲烷摩尔分数）分别为0.010、0.050、0.100、0.150左右。
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一、实验目的
(1) 了解分子偶极矩与电性质的关系；
(2) 掌握测定液体电容的基本原理和技术；
(3) 学习测定液体电容的基本原理与技术；
(4) 用溶液法测定乙酸乙酯的介电常数和偶极矩。
二、实验仪器
试剂：乙酸乙酯、环己烷；仪器：阿贝折射仪、PGM-Ⅱ数字小电容测试仪-介电常数实验装置、比重管、电吹风、25cm3容量瓶。
三、实验原理
1、偶极矩与摩尔极化度的关系
分子中正、负电荷中心有重合的两种情况，一种是非极性分子，另一种是极性分子。
用偶极矩表示极性分子的大小，定义为：μ=q·d
极化分为电子极化、原子极化和转向极化，极化程度可用摩尔极化度P来表示。
在静电场或低频电场中，摩尔极化度为三者之和：摩尔极化度P=P e + P a + Pμ
在高频电场中极化分子的转向运动和分子骨架变形跟不上电场频率的变化，P转向=0，P原子的值约只有P电子的5%-10%，可略去，所以P高频=P电子，则：P低频=P高频+P转向。
由波尔兹曼分布证明：P转向=4/3πN A（P2/3kT）=4/9πN A（P2/kT）
其中，P为分子的永久偶极矩；k为玻尔兹曼常数；T为热力学温度。
2、低频与高频电场下摩尔极化度的测定
在实验测定中，为避免气态下进行实验，常以非极性溶液为溶剂，在无限稀的溶液中，极性溶质的摩尔极化度P∞B表示P低频，溶液的介电场数ε、密度ρ与溶质摩尔分数X B关系可近似用直线方程表示。
实验报告内容：一实验目的二实验仪器三实验原理四实验步骤五、实验数据和数据处理六
实验结果七.分析讨论八.思考题
再考虑到溶液的加和性，可导得：
式中，εA、ρA、M A、分别表示溶剂的介电常数、密度和摩尔质量；M B为溶质的摩尔质量；K1和K2分别是上面两式的ε对X B和ρ对X B所得直线斜率有关的常数。
在稀溶液中，n与X B之间成直线关系：n=n A(1+K3X B)
由此可得：
式中，R∞B为无限稀溶液中溶质的摩尔折射度；nA为溶剂的折射率；K3为与P低频=limP B直线斜率有关的常数。
由以上各式可得：
可见，只要通过介电常数、密度、折射率等物质宏观性质的测定即可求得微观性质摩尔极化度P∞B 和摩尔折射度R∞B以及分子偶极矩P。
3、介电常数的测定
测得电容池中不放样品时空气的电容及及系统分布电容之和C`空为：C`空=C空+C d
式中：C空为空气电容；C d为系统分布电容。
C空=（C`环- C`空）/（ε环-1）
C`环为加入环己烷样品时的电容及系统分布电容之和；ε环为环己烷介电常数。
上两式合并可得Cd，根据此求得待测溶液介电常数（C`+ C d）/ C空。
定义式：ε=C/ C空
以环己烷为标准物质，其介电常数与温度的关系如下：ε环=2.052-1.55×10-3t；其中，t为温度，℃。
实验装置图如下：
4.溶液密度的测定
密度(p)是物质单位体积(V)的质量(m),是物质的基本特性常数。
密度测定需要测量质量与体积。
定量可在电子天平上称量而得;精确地测量体积,则用比重瓶在恒温槽中进行。
测定液体密度的公式是:ρ2=ρ1(m2-m0)(m1-m0)
式中, m o为空比重瓶的质量; m1为充满密度为ρ1参比液体的比重瓶质量; m2为充满密度为ρ2待测液体的比重瓶质量。
五、实验数据记录与处理
实验温度：25℃大气压：101kPa 试剂用量：乙酸乙酯：20ml 环己烷：20ml
乙酸乙酯 (mol%) 电容1(pF) 电容2(pF) 电容3(pF) 平均值
(pF)
εr
ε/εA
空气 4.82 4.81 4.815 4.815 -- --
0 6.82 6.79 6.85 6.82 3.39 1.001
5 7.25 7.23 7.2
6 7.25 3.61 1.064
10 7.72 7.75 7.69 7.72 3.84 1.133
15 8.17 8.23 8.09 8.16 4.06 1.198
ε环=2.052-1.55×10-3×25=2.013 C空=（C`环- C`空）/(ε环-1)=(6.85-4.815)/（2.013-1）=2.01 根据上表数据作图如下：
如图，可求得K1=0.0132
查数据可知ρ环己烷=0.78g/mol
乙酸乙酯(mol%) 20ml质量g ρ(g/cm3) ρ/ρA
0 15.62 0.7800 1.0000
5 15.71 0.7845 1.0058
10 15.82 0.7900 1.0128
15 15.93 0.7955 1.0198
根据公式：ρ2=ρ1(m2-m0)(m1-m0)分别计算不同X下的ρ填入表格，计算ρ/ρA的值，并根据此数值作图如下：
由图表可知，K2=0.0013；
乙酸乙酯 (mol%) 折射率1 折射率2 平均值n/n A
0 1.4232 1.4229 1.4231 0.999965
5 1.420
6 1.4208 1.420
7 0.998314
10 1.4179 1.4178 1.4179 0.996311
15 1.4161 1.4163 1.4162 0.995151
根据以上数据，作X- n/n A图如下：
由表中数据可知：K3=-0.0003
查询数据可得：M环己烷=84.16g/mol M乙酸乙酯=88.11g/mol
根据数据计算：
P低频=3×0.0132× 6.75×84.16/(6.75+2)2/0.78+(6.75-1) ×(88.11-0.0013×84.16)/(6.75+2)/0.78=76.68
P高频=（1.422-1）/（1.422+2）*（88.11-0.0013×84.16）/0.78+6×1.422×84.16×（-0.0003）/0.78/（1.42+2）2=28.52
μ = 0.0128×（（P低频−R D）T）1/2=0.0128×（（76.68−28.52）×298）1/2=1.53
六、实验结果
实验测得：K1=0.0132 K2=0.0013 K3=-0.0003 P低频=76.68 P高频=28.52 μ =1.53
实验误差χ=∣（1.53-1.78）∣/1.78×100%=14%
七、分析讨论
1、打开电容池盖子的时候记得要先将“外电机C1”插座相连的测试线拔下；
2、加入溶液介质之后，必须立马快速将盖子盖上，以防止溶液挥发；
3、在计算C空的时候记得使用公式将系统分布电容C d去掉。