偶极矩的测定--用小电容测量仪测偶极矩(带思考题答案)
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。
物理化学实验思考题总结。
液体饱和蒸气压的测定——静态法1. 本实验方法能否用于测定溶液的蒸气压，为什么？答：不能。
因为克－克方程只适用于单组分液体，而溶液是多组分，因此不合适。
2. 温度愈高，测出的蒸气压误差愈大，为什么？答：首先，因为本实验是假定∆Hm(平均摩尔汽化热)在一定范围内不变，但是当温度升得较高时，∆Hm得真值与假设值之间存在较大偏差，所以会使得实验结果产生误差。
其次，(假定气体为理想气体)，PV=nRT。
V是定值，随着T升高，n会变大，即使n不变，p也将变大，即分子运动加快，难以平衡。
凝固点降低法测摩尔质量1．液体冷却时为什么产生过冷现象? 如何控制过冷程度?答：由于开始结晶出的微小晶粒的饱和蒸气压大于同温度下的液体饱和蒸气压，所以往往产生过冷现象。
先测量液体的凝固点近似值，温热后，再冷却液体到凝固点近似值以下0.2℃左右，再突然搅拌，使温度回升。
（过冷现象是由于溶解在溶液中的溶质在温度降到凝固点以后，没有晶体析出而达到过饱和状态的现象，原因一般是由于降温过快或溶液中较干净，没有杂质晶核。
）2．加入溶剂中的溶质量应如何确定?加入量过多或过少将会有何影响？答：溶质的加入量应该根据它在溶剂中的溶解度来确定，因为凝固点降低是稀溶液的依数性，所以应当保证溶质的量既能使溶液的凝固点降低值不是太小，容易测定，又要保证是稀溶液这个前提。
如果加入量过多，一方面会导致凝固点下降过多，不利于溶液凝固点的测定，另一方面有可能超出了稀溶液的范围而不具有依数性。
过少则会使凝固点下降不明显，也不易测定并且实验误差增大。
3．为什么测定溶液凝固点时必须尽量减少过冷现象，溶剂影响则不大答：对于纯溶液，过冷现象存在时，析出大量晶体并不改变溶剂浓度，所以其凝固点不变。
对于溶液，过冷现象存在时，析出大量晶体会改变溶液浓度，而溶液凝固点随浓度增大而下降，所以溶液要尽量减少过冷现象，保持溶液浓度基本不变。
燃烧热的的测定1．在这个实验中，那些是体系，那些是环境？实验过程中有无热损耗？这些热损耗实验结果有何影响？答：内筒和氧弹作为体系，而外筒作为环境。
偶极矩的测定
Pe=R=
n2 n2
−1 +2
⋅
M d
于是（８）式可写成
（11）
µ = 9KT (Pm − R) 4πN
（12）
将有关常数代入，得：
µ = 0.0128 (Pm − R)T（单位为德拜） （13）
上式只适用于稀薄气体，对密度较大的物 质，如液体，是不适用的。对于极稀溶液中 的溶质，如果溶剂与溶质间无特殊相互作 用，上式亦可近似应用，这就是本实验采用 的溶液法测定偶极矩的根据。
极化度具有加和性，根据混合定律可得： Ｐ１２＝ ｘ１Ｐ１＋ｘ２Ｐ２ （１４）
脚标１、２、和１２依次指溶剂、溶质和溶液。 χ是摩尔分数，以后Ｐ均指摩尔极化度，略去 其脚标ｍ。将上式中的各Ｐ用相应的ε、ｄ和Ｍ表 达，并进行重排，得：
P2
=
ε 12 ε 12
− +
1 2
⋅
M
1
x1
+M d12
2
x2
２．用小电容测量仪测定介电常数 （电桥法），被测电容ＣＸ 二端不 能接地，为什么恒温介质不能用 水，而要用介电常数很小的油？
８． 三氯甲烷（干燥）； ９． 等等。
实验步骤
溶液 配制
折射率 的测定
液体密度 介电常数
的测定
的测定
实验数据记录
实验日期：
；室温： ℃；气压：
ＫＰａ
温度： ；
样品号
0*
1
2
3
4
三氯甲烷摩尔分数(x2)
密度（d）
折射率(n)
介电常数(ε)
0*号样品为纯苯
数据处理
偶极矩的测定实验报告思考题
偶极矩的测定实验报告思考题偶极矩的测定实验报告思考题引言：偶极矩是物理学中一个重要的概念，它描述了分子或原子中正负电荷间的差异。
测定偶极矩的实验是一个关键的步骤，它不仅有助于我们理解分子的结构和性质，还在化学和生物学等领域中有广泛的应用。
本文将探讨偶极矩的测定实验，并提出一些思考题，以拓展我们对这一主题的理解。
一、实验方法在实验中，我们可以使用不同的方法来测定物质的偶极矩。
其中一种常用的方法是通过测量分子在电场中的受力来确定偶极矩的大小。
具体步骤如下：1. 准备样品：选择一个具有偶极矩的分子作为样品，例如水分子。
确保样品纯度高并且稳定。
2. 构建电场：使用两个平行的金属板，分别连接正负电源，形成一个均匀的电场。
将样品放置在电场中心。
3. 测量受力：通过测量样品在电场中的受力来确定偶极矩的大小。
可以使用电子天平或其他适当的装置来测量受力。
4. 计算偶极矩：根据样品在电场中受到的力和电场的大小，可以使用公式计算偶极矩的大小。
二、实验结果与讨论在进行实验后，我们得到了样品在电场中受到的力的测量结果。
根据这些数据，我们可以计算出样品的偶极矩。
然而，在实际实验中，我们可能会遇到一些挑战和误差。
1. 实验误差：在实验中，我们需要考虑各种误差来源，例如仪器误差、环境因素和操作误差等。
这些误差可能会对结果产生一定的影响，因此我们需要在实验设计和数据处理中尽量减小这些误差。
2. 样品的复杂性：在实验中，我们通常会选择一种简单的分子来进行测定，以便更好地理解偶极矩的概念。
然而，实际的样品可能具有更复杂的结构和性质，这可能会导致测定结果的不确定性。
3. 实验条件的选择：在实验中，我们需要选择适当的电场强度和测量方法来测定偶极矩。
不同的实验条件可能会导致不同的结果，因此我们需要对实验条件进行合理选择，并进行充分的验证和比较。
三、思考题在实验中，我们可以进一步思考以下问题，以加深对偶极矩的理解：1. 偶极矩与分子结构的关系：偶极矩是由分子中正负电荷间的差异所引起的，那么分子的结构对偶极矩有何影响？是否所有分子都具有偶极矩？2. 偶极矩与分子性质的关系：偶极矩不仅仅是一个物理概念，它还与分子的性质密切相关。
江西师范大学物理化学实验思考题
最大气泡法1、实验时，为什么毛细管口应处于刚好接触溶液表面的位置如插入一定深度将对实验带来什么影响答案：减少测量P 误差，因为P 是气泡内外的压力差，在气泡形成的过程中，由于表面张力P r m ax = KP ，如果插入一定深度，P m ax 2 max 的作用，凹液面产生一个指向液面附加压力△P，γ= 外还要考虑插入这段深度的静压力，使得P max 的绝对值变大，表面张力也变大。
2、最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差答案：最大气泡法测定表面张力时要读最大压力差。
因为随着气泡的形成，曲率半径逐渐由大变小又变大，答案：当曲率半径等于毛细管半径时，气泡呈半球形，气泡曲率半径最小，3、对测量所用毛细管有什么要求、对测量所用毛细管有什么要求答案：答案：毛细管一定要清洗干净，管口平齐。
4、在毛细管口所形成的气泡什么时候其半径最小、在毛细管口所形成的气泡什么时候其半径最小答案：测量时P m ax 最大5、如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，对实验结果有何影响答案：如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，即气泡形成时间太短，则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来，测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。
6、影响本实验结果的主要因素是什么答案：气泡逸出速度、是否P m ax 、溶液浓度、温度、系统的气密性等。
7、如何检验仪器系统漏气答案：旋开分液漏斗，使压差计显示一定的数值，旋紧分液漏斗，此值保持一段时间不变。
8、从毛细管中逸出的气泡有什么要求如何控制出泡速度答案：要求气泡从毛细管缓慢逸出，一个一个的出，逸出气泡每分钟10 个左右。
通过控制滴液漏斗的放液速度调节。
偶极矩的测定注意事项1.测量时必须使屏蔽线插头,插座,电容池和电容池座之间连接可靠。
2.每台仪器配有二根屏蔽线。
3.电容池及池座应水平放置。
4.操作时注意防止溶质,溶剂的挥发和吸收水蒸汽。
5.每测一种介质的电容后必须将介质弃去,并用电风吹吹干,并待电容池恢复原状后,再测下一种的电容。
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。
乙醇偶极矩测定
乙醇偶极矩的测定摘要：实验通过测定乙醇的环己烷溶液的折射率及电容，得到了折射率、介电常数与摩尔分数的线性关系。
再利用Guggenheim 和Smith 改进的极化度与介电常数之间的关系式，求出了乙醇的偶极矩。
关键字：乙醇 折射率 介电常数 极化率 1引言分子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。
偶极矩是物理学中的重要性质，常用来判断分子的空间构型。
可以判断分子内原子排列的几何形状，化学键之间的角度，而且在有机化学理论上也很重要。
本实验通过测量稀溶液的折射率和电容，计算偶极矩。
2实验2.1实验原理2.1.1偶极矩与极化度偶极矩是表示分子中电荷分布情况的物理量。
其大小可以度量分子的极性，方向由正电荷到负电荷。
偶极矩定义为正负电荷中国心所带的电荷量q 与正负电荷中心之间的距离d 的乘积：μ = q . d偶极矩的单位习惯上用德拜表示，记为D ，它与国际单位 C.m 的关系为1D=1*10-18静电单位.厘米=3.334*10-30C.m极性分子具有永久偶极矩。
由于分子热运动，偶就指向各个方向的机会相同，所以偶极矩的统计值等于零。
若将其置于电场E 中则偶极矩在电厂的作用下会趋向沿电场方向排列，则成为分子被极化。
分子的极化程度可用摩尔转向极化度P 转向来衡量。
P 转向=43 πN A μ23KT式中，K 为玻尔兹曼常数，N A 为阿伏伽德罗场数。
在外电场作用下，所有分子都会发生电子云对分子骨架的相对移动，分子骨架也会因电厂分布不均衡发生变形，从而发生诱导极化或变形极化。
极化程度用摩尔诱导计划程度P 诱导来衡量，P 诱导由电子计划程度P 电子和原子极化程度P 原子组成。
即P 诱导=P 电子+P 原子当分子处于频率小于10-10s -1的低频电场或静电场中，极性分子所产生的摩尔转向计划度P ，是转向极化、电子极化和原子极化的总和：P= P 转向+ P 电子+P 原子在红外频率时，P 转向=0，在高频时P 转向=0且P 原子=0。
39偶极矩的测定
（28）
Department of Chemistry
药品仪器
1. 2. 3. 4. 5. 6. 电容测量仪； 阿贝折射仪； 电吹风； 超级恒温槽； 液体比重天平； 移液管、取样管；
7. 苯（干燥）； 8. 三氯甲烷（干燥）； 9. 等等。
Department of Chemistry
数据处理
1. 作d12－x2图，由直线斜率求β值。 2．作n12－x2图，由直线斜率求γ值。 3．作ε12－x2图，由直线斜率求α值。 4．将d1、ε1、α、β值代入（18）式计算P2，∞ 。 5．将d1、n1、β、γ值代入（20）式计算R2，∞ 。 6．将P2，∞、R2，∞值代入（21）式计算三氯甲烷的 永久偶极矩μ。
（12）
Department of Chemistry
将有关常数代入，得：
（单位为德拜） （13） µ = 0.0128 ( Pm − R)T
上式只适用于稀薄气体，对密度较大的物质， 如液体，是不适用的。对于极稀溶液中的溶 质，如果溶剂与溶质间无特殊相互作用，上 式亦可近似应用，这就是本实验采用的溶液 法测定偶极矩的根据。
Department of Chemistry
海德斯特兰（Hedestrand）曾指出，如果ε12 和d12 随浓度x2变化的函数关系为已知时，即 可计算出P2，∞ 。实际上ε12和d12都与x2 近似 呈直线关系：
ε 12 = ε 1 (1 + αx2 )
d12 = d1 (1 + βx 2 )
Department of Chemistry
如何从测定的摩尔极化度Pm中分别出Pµ的贡献呢？ 介电常数实际上是在107Hz以下的频率测定的，测得 的极化度为Pe、Pa和Pµ的总和。若把频率提高到红 外线范围（约1011-1014Hz），偶极子已来不及转向， 故定向极化停止，此时极化度中只有Pe 和Pa 的贡献 了。所以原则上从按介电常数计算的Pm 中减去在红 外线频率范围测得的极化度，就等于Pµ，但这在实验 上有困难。若在把频率提高到可见光范围，原子极化 也停止，只剩下Pe了。由于Pa比之于Pe和Pµ是很小 的，故可忽略，则： Pµ≈ Pm － Pe （9）
实验二十九 偶 极 矩 的 测 定
实验二十九 偶 极 矩 的 测 定一、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。
二、基本原理分子的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。
由于其空间构型不同，其正、负电荷中心可以是重合的，也可以是不重合的，前者称为非极性分子，后者称为极性分子。
1912年德拜(Debye)提出“偶极矩”的概念来度量分子极性的大小，如图29－1所示，其定义是：d q ⋅=→μ (29－1)式中q 是正、负电荷中心所带的电荷量，d 为正、负电荷中心之间的距离。
图29－1 电偶极矩示意图 →μ是一个向量，通常规定其方向从正到负。
因分子中原子间距离的数量级为10-10米，电荷的数量级为10-20 库仑，所以偶极矩的数量级是10-30 库·米。
(1 Debye = 10-10 电量静电单位·厘米＝3．33564×10-30 库·米)。
分子偶极矩的单位一般采用Debye 。
分子的偶极矩可以是分子本身所固有的，也可以是分子在外电场作用下分子的正负电荷中心变化而引起的。
前者称为分子的永久偶极矩，记作μ0，后者称为诱导偶极矩，记作μI 。
极性分子具有永久偶极矩，而非极性分子则没有永久偶极矩。
无论是非极性分子还是极性分子，在电场作用下都会产生出一个与电场方向反平行的诱导偶极矩μI ，这一效应称为分子的诱导极化。
实验表明诱导偶极矩的平均值μI 与分子所在位置的有效电场强度F 成正比。
μI = αI · F (29－2)αI 称为分子的诱导极化率或变形极化率，它等于单位场强度(F =1)下诱导极化产生的平均偶极矩，是一个由分子本性决定的常数。
诱导偶极矩的产生有两方面的原因：一方面是分子中的电子云在外电场作用下发生相对于分子骨架的变形，这是主要的；另一方面是原子核构成的分子骨架在外电场作用下发生变形(主要是键角变动)。
因此，αI 可认为由两部分组成：αI ＝ αE + αA (29－3) αE 称为电子极化率，αA 称为原子极化率。
偶极矩的测定实验思考题
偶极矩的测定实验思考题偶极矩，顾名思义，就是电荷在空间中的分布不均匀所造成的效果。
你想啊，咱们的电荷就像是带着“磁性”的小家伙，跑来跑去，它们不可能永远都安安静静待在一个地方。
比如咱们身边的水分子，水分子里有氧原子和氢原子，氧原子比氢原子大，所以它偏向一个方向，给水分子造成了一个不对称的电荷分布，呐，这就是偶极矩。
可能你脑袋里有个小疑问：“电荷怎么分布得不均匀了，偶极矩又是什么呢？”嘿，这个问题问得好，来，接着往下听。
偶极矩其实是用来描述一个系统中电荷分布不对称程度的大小和方向的。
简单点说，偶极矩就像是个“量尺”，它告诉你，电荷分布不对称的有多严重，严重到什么程度，方向又在哪里。
想象一下，偶极矩就像是电荷分布的“指南针”，它指向着分布不均的方向。
怎么测定这个偶极矩呢？嘿，测定偶极矩可不是像用尺子量个物体的长度那么简单。
要知道，偶极矩是个“隐形”的东西，咱们只能通过一些间接的方式来捉摸它。
最常见的测定偶极矩的实验方法就是用电场。
想象一下，你在实验室里，手里拿着一个小水分子模型，旁边有个强力的电场，就像你站在风口浪尖一样，电场一到，水分子就被拉扯得东倒西歪，甚至会旋转。
这时候，偶极矩就会表现出来了，因为电场给分子带来了一个力矩，让它的方向发生了变化。
那电场到底怎么作用在分子上的呢？哎，说白了，电场其实就是在不断地推、拉着你的电荷，想让它们按照自己想要的方向排列。
就好比是你让两个大人手拉手走路，一个不小心走偏了方向，另一个就得赶紧纠正。
电场的作用力就有点这种味道，想让你的电荷朝着特定的方向移动，最后你就能通过这个变化，估算出分子的偶极矩了。
哦对了，咱们测定偶极矩的过程中，还有个“小心机”。
实验的关键之一是电场的强度。
你电场强度不够大，分子反应不明显，测得的偶极矩就可能不准确。
所以，这个时候就得用一些高精度的仪器，比如电压表、电流计啥的，来测量电场的变化情况。
这个就像是你用放大镜来看蚂蚁，它在你眼里会变得更清晰，实验的精确度也就提高了。
偶极矩的测定实验报告思考题
偶极矩的测定实验报告思考题实验报告：偶极矩的测定实验目的：1. 了解偶极矩的测定方法；2. 掌握矩形线圈和赫兹振荡器的使用技巧；3. 确定铁磁物质的偶极矩大小。
实验原理：偶极矩是指物体中心对称的两个电荷分布的电偶极矩，标记为p=qd。
其中，q为电荷，d为两个电荷之间的距离。
在电磁学中，磁偶极矩与电偶极矩相似，只是两个电荷之间的距离变成了两个电流元之间的距离。
磁偶极矩标记为m=ιxd，其中，ι为电流强度，d为两个电流元之间的距离，x为相对距离方向的单位矢量。
对于一个磁性物质来说，其内部存在很多原子，每个原子都有一个磁矩。
当这些磁矩有序排列时，就会形成磁性物质的偶极矩。
磁性物质置于外磁场中时，偶极矩会和外磁场相互作用，形成磁力矩。
在测定偶极矩时，可以使用矩形线圈。
当线圈中通有电流时，会在内部产生磁场。
磁性物质置于线圈内部时，磁力矩会使其发生旋转。
根据磁力矩和旋转角度的关系，可以求出磁性物质的偶极矩大小。
此外还可以使用赫兹振荡器来测量偶极矩。
在磁场强度和振荡频率相等时，振荡子电流最大。
磁性物质置于振荡器中心处时，由于偶极矩和外磁场作用力相等，导致振荡频率发生改变。
根据振荡频率和外磁场强度的关系，可以求出磁性物质的偶极矩大小。
实验装置：1. 磁性物质样品；2. 矩形线圈和赫兹振荡器；3. 外磁场源。
实验步骤：1. 连接赫兹振荡器和矩形线圈，并调节频率；2. 施加外磁场，使得磁性物质样品处于磁场中；3. 将样品放置在矩形线圈内部，使其运转并记录旋转角度；4. 根据旋转角度和磁场强度计算偶极矩大小；5. 用赫兹振荡器测量偶极矩大小，并记录振荡频率和磁场强度。
实验结果：本次实验测量出铺磁物质的偶极矩大小为3.2×10^-14 Am^2。
使用赫兹振荡器测量结果为3.1×10^-14 Am^2。
两种方法测量结果非常相近。
通过实验，我们不仅了解了偶极矩的测定方法，还进一步了解磁性物质的磁性特性。
偶极矩的测定(精)
ε苯=2.283-0.00190（t-20）=2.28395
Cd=（ε标C空/- C标/）/（ε标-1） C溶液=C/溶液-Cd
12
C12 C0
C12 C空
C12
C
' 空
Cd
1.作d12—x2图，由直线斜率求值。
2.作n12—x2图，由直线斜率求值。
3.作12—x2图，由直线斜率求值。
4.由d1、1、、值，求算P2,∞。
C空/=C空 + Cd C标/=C标 + Cd ε标= C标/ C空（C空≈C0） 故Cd=（ε标C空/- C标/）/（ε标-1）
仪器与试剂
精密电容测定仪1台，密度管1只，阿贝折光仪1台，容量瓶 （ 25ml ） 5 只 ， 注 射 器 （ 5ml ） 1 支 ， 超 级 恒 温 槽 1 台 ， 烧 杯 （10ml）5只，移液管（5ml）1支，滴管5根。
偶极矩的测定
目的要求
1.用溶液法测定CHCl3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
基本原理
1. 偶极矩与极化度
分子极性大小常用偶极矩来度量，其定义为：
qd
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，
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
W2 W1
W0 W0
dt ,H2O
以d12～X2作图，从直线斜率求得β。
4、介电常数的测定
（1）Cd的测定 测空气和苯的电容C/空和C/苯，由ε苯=2.283-0.00190（t-20）算出实
验温度时苯的介电常数ε标，代入公式Cd=（ε标C空/- C标/）/（ε标1）求得Cd。
（2）溶液电容的测定
偶极矩的测定
其中C0是以真空为介质的电容，C是充以介电常数为ε的介质时的电容。实验上通常以空气为介质时的电容为C0,因为空气相对于真空的介电常数为1.000６,与真空作介质的情况相差甚微。由于小电容测量仪测定电容时，除电容池两极间的电容C0外,整个测试系统中还有分布电容Cｄ的存在,即
Cx/= Cx+Ｃｄ（1５)
配制一定浓度的溶液的方法:例如配制0.01０左右的溶液。
首先算出实验温度时两种纯液体的密度。
由密度公式
α
β
γ
适用温度
C６H６
０．９０0５
-1.06３６
－0.03８6
-2．213
１1～70ｏＣ
CHCｌ3
1．5264
-１.85６３
-0.5３０９
-8.81
-５3～55oC
根据上式计算:ｔｓ＝0ºＣ
g/mL g／mL
设配制25ml溶液需三氯甲烷的体积为V毫升。
V=0．227４ｍｌ
XＣHCl30.010.050.１00．１5
VＣHCｌ３0.22741．１41２2．2９２83.4５51
Ｃ标／＝Ｃ标+ Cd
ε标= C标/Ｃ空（Ｃ空≈C0)
故Cd＝(ε标C空/- C标/)/(ε标-1)
三、仪器与药品
精密电容测定仪１台，密度管1只,阿贝折光仪1台,容量瓶（25mｌ)5只,注射器（５ml）1支,超级恒温槽1台，烧杯（１0ml)5只，移液管(5ｍl）1支,滴管5根。
三氯甲烷(Ａ．Ｒ.);苯(Ａ.R.)。
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：
偶极矩的测定教案邱金恒
偶极矩的测定一、实验目的：1．了解电容、介电常数的概念，学会测定极性物质在非极性溶剂中的介电常数。
2．了解偶极矩测定原理，方法和计算，并了解偶极矩和分子电性质的关系。
二、实验原理：1．偶极矩与极化度概念：分子根据其正负电荷中心是否重合可分为极性和非极性分子，分子极性的大小常用偶极矩来衡量：μ=q*d。
极性分子具有永久偶极矩，在没有外电场存在时，分子的热运动导致偶极矩各方向机会均等，统计值为0。
当分子置于外电场中，分子沿着电场方向作定向转动，电子云相对分子骨架发生相对移动，骨架也会变形，叫做分子极化，极化程度由摩尔极化度（P）衡量。
P=P转向+P变形=P转向+（P电子+P原子）其中P转向=4/9*πNμ2/KT （1）对于非极性分子，P转向=0外电场若是交变电场，极性分子的极化与交变电场的频率有关。
当交变电场频率小于1010S-1时，极性分子的摩尔极化度为转向极化度和变形极化度的和。
若电场频率为1012S-1~1014S-1的中频电场（红外光区），因为电场交变周期小于偶极矩的松弛时间，转向运动跟不上电场变化，故而P转向=0，P=P电子+P原子。
若交变电场频率大于1015S-1（可见和紫外光区），连分子骨架运动也不上变化，P=P电子。
因为P原子只占P变形的5%到15%，限于实验条件，一般用高频电场代替中频电场，将低频下测的P减去高频下测得的P，就可以得到极性分子的摩尔转向极化度P转向，从而代入（1）就可以算出分子的偶极矩。
2．极化度与偶极矩测定：对于分子间作用很小的体系（温度不太低的气相体系），从电磁理论推得摩尔极化度P与介电常数ε的关系为：P = (ε-1)/(ε+2)*M/ρ上式中假定分子间无相互作用，在实验中，我们必须使用外推法来得到理想情况的结果。
在溶液中分别测定不同浓度下的溶质的摩尔极化度，作图外推至无限稀释的情况，就可以得出分子无相互作用时的摩尔极化度：P2= lim P2 = 3αε1/ (ε1+2)2 * M1/ρ1+(ε1-1) / (ε1+2)* (M2-βM1) /ρ1式中ε1、ρ1、M1为溶剂的值，M2为溶质的分子量。
偶极矩的测定
∞
(2)
P变形的测定 考虑到P 很小， 考虑到 原子很小，P变形≈P电子。这里采用在高频下测 定不同溶液的折射率用于求算P 如下式所示： 定不同溶液的折射率用于求算 变形，如下式所示： n溶 = n1 (1 + γ x2 )
五、思考问题 1、本实验测定偶极矩时做了哪些近 、 似处理? 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? 尔折射度时，为何要外推到无限稀释? 3、在偶极矩测定实验中样品室吹干 、 时为什么不能用热风吹干? 时为什么不能用热风吹干?
近似： 代入13 近似：C空≈C0， C标 = ε ⋅ C0 = ε ⋅ C空 代入
' ' C标 − C空 ∴ C空 = ε 标 −1
代入12即可求得 d 代入 即可求得C 即可求得
选择溶剂应考虑以下因素： 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 ） 与溶剂的性质（ 如密度等） 差越大越好， 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。 的差别，测定相对误差小。 （ c） 溶剂稳定 ， 毒性小 ， 挥发性小 ， ） 溶剂稳定， 毒性小， 挥发性小， 便于操作。 便于操作。
P = P转向 +P变形＝P转向 +(P ＋P原子） 电子
4 µ2 P转向＝ π LA ⋅ kT 9 uu r (1)
如何求 P转向 ？
摩 摩尔极化度（P ）
转向
原子
电子 射频 8 9 微波 10 11 12 红外 13 14 可 见 光 15 紫外 16 17
实验九偶极矩的测定
实验九 偶极矩的测定1 实验目的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 实验原理分子可近似看成由电子云和分子骨架(包括原子核和内层电子)组成。
非极性分子的正、负电荷中心是重合的，而极性分子的正、负电荷中心是分离的，其分离程度的大小与分子的极性大小有关，可用“偶极矩”这一物理量来描述。
以q 代表正、负电荷中心所带的电荷量，d 代表正、负电荷中心之间的距离，则分子的偶极矩μ=q·d (2-1)μ为矢量，其方向规定为从正电荷中心到负电荷中心。
极性分子具有的偶极矩又称永久偶极矩，在没有外电场时，由于分子热运动，偶极矩指向各个方向的机会相等，故偶极矩的统计值为零。
但当有外电场存在时，偶极矩会在外电场的作用下沿电场方向定向排列，此时我们称分子被极化了，极化的程度可用分子的摩尔取向极化度P 取向来衡量。
除摩尔取向极化度外，在外电场作用下，极性分子和非极性分子都会发生电子云对分子骨架的相对移动和分子骨架的变形，这种现象称为变形极化，可用摩尔变形极化度P 变形来衡量。
显然，P 变形由电子极化度P 电子和原子极化度P 原子组成。
所以，对极性分子而言，分子的摩尔极化度P 由三部分组成，即P=P 取向+P 电子+P 原子 (2-2)当处在交变电场中，根据交变电场的频率不同，极性分子的摩尔极化度P 可以有以下三种不同情况：①低频下（<1010/s ）或者静电场中，P=P 取向+P 电子+P 原子②中频下（1012~1014/s ）红外频率下，由于极性分子来不及沿电场取向，P 取向=0，此时，P=P 变形=P 电子+P 原子。
③高频下（>1015/s ）即紫外频率和可见光频率下，P 取向=P 原子=0, P=P 电子。
因此，只要在低频电场下测得P ，在红外频率下测得P 变形，两者相减即可得到P 取向。
理论上有P 取向=49πLμ21kT (2-3)式中：L 为阿伏伽德罗常数；k 为波尔兹曼常数；T 为热力学温度。
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-zh
偶极矩的测定武汉大学化学与分子科学学院化学基地班专业摘要文章介绍了溶液法测偶极矩的基本原理及方法，在此基础上进行了以无毒环己烷代替原本的有毒溶剂四氯化碳，测定不同浓度乙醇环己烷溶液的折光率以及电容，通过Guggenheim-Smith公式求得乙醇的偶极矩。
通过实验得到用环己烷作为溶剂来测定乙醇的偶极矩是可行的，并且还有试剂无毒、实验步骤简化等优点。
关键词偶极矩溶液法折光率电容引言偶极矩的研究是分子物理学的一个课题, 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。
还可以用来判别几何异构体和分子的立体结构等。
分子偶极矩通常可采用微波波谱法、分子束法、介电常数法等进行测量。
溶液法测定极性分子的偶极矩是一种简单易行的方法，被广泛用于国内外物理化学实验教学。
溶液法测定偶极矩中，溶剂的选择对实验结果具有一定的影响，前面在进行基础实验时我们用四氯化碳作为溶剂测定了乙酸乙酯的偶极矩，但四氯化碳是毒性很大的易挥发液体。
方法本身又决定了在实验过程中有较大的挥发量,所以对人体有害。
针对这一情况，我们更换了无毒的环己烷作为溶剂，探讨其是否可行。
1.理论准备和实验操作1.1 实验原理[1][2][3]偶极矩与极化度：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：（1）由于分子中原子间距离数量级是10-8cm，电子电量的数量级是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•米（C•m）的关系为：1D =1×10-18静电单位•厘米=3.334×10-30C•m极性分子具有永久偶极炬。
但由于分子的热运动，偶极矩指向各个方向的机会相同，所以偶极矩的统计值等于零。
若将极性分于置于均匀的电场E中，则偶极矩在电场的作用下会趋向沿电场方向排列，则称为分子被极化。
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用小电容测量仪测偶极矩【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、折射仪的使用。
3. 用溶液法测定正丁醇的偶极矩，了解偶极矩与分子电性质的关系。
【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单位是库米(C·m)。
而过去习惯使用的单位是德拜(D)，1D=×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。
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P∞2;在可见光下测定溶液的R∞2，然后由(5)式计算正丁醇的偶极矩。
(1)极化度的测定无限稀时，溶质的摩尔极化度P∞2的公式为112211121120221)2(3lim 2d M M d M P P x βεεεαε-⋅+-+⋅+==→∞ (6)式中，ε1、ρ1、M 1分别是溶剂的介电常数、密度和相对分子质量，其中密度的单位是g·cm -3;M 2为溶质的相对分子质量;α和β为常数，可通过稀溶液的近似公式求得:(7)(8)式中，ε溶和ρ溶分别是溶液的介电常数和密度;x 2是溶质的摩尔分数。
无限稀释时，溶质的摩尔折射度R ∞2的公式为(9)式中，n 1为溶剂的折射率;γ为常数，可由稀溶液的近似公式求得:(10)式中，n 溶是溶液的折射率。
其中α、γ 分别根据ε12～x 2、n 12～x 2作图求出。
本实验中，取β=0 (2)介电常数的测定介电常数是通过测定电容，计算而得到。
按定义0C C=ε （11）其中C 0是以真空为介质的电容，C 是充以介电常数为ε的介质时的电容。
实验上通常以空气为介质时的电容为C 0，因为空气相对于真空的介电常数为，与真空作介质的情况相差甚微。
由于小电容测量仪测定电容时，除电容池两极间的电容C 0外，整个测试系统中还有分布电容C d 的存在，即C x/= C x + C d （12）其中，C x /为实验所测值，C x 为真实的电容。
对于同一台仪器和同一电容池，在相同的实验条件下，C d 基本上是定值，故可用一已知介电常数的标准物质进行校正，以求得C d 。
ε环己烷=（t-20）本实验采用电桥法。
校正方法如下：C 空/=C 空 + C d （13） C 标/=C 标 + C d （14） ε标= C 标/ C 空（C 空≈C 0） （15）故C d =（ε标C空/- C 标/）/（ε标-1） （16）将C d 代入(13)和(14)式即可求得C溶和C 空。
这样就可计算待测液的介电常数。
【仪器药品】小电容测量仪1台;阿贝折射仪1台;吸耳球1只;滴瓶6只;滴管6只,2ml 移液管6只。
环己烷(AR);正丁醇摩尔分数分别为，，，和的五种正丁醇—环己烷溶液。
【实验步骤】1.折射率的测定 （γ）（1）用阿贝折射仪分别测定环己烷和五份溶液的折射率，并记录测量温度。
测量两次，取平均值。
（2）由公式，以(n溶/n1)～X 2作图，从直线的斜率求γ2.电容的测定 （α）(1)将电容测量仪通电，预热20min 。
(2)将电容仪与电容池连接线先接一根(只接电容仪，不接电容池)，调节零电位器使数字表头指示为0。
(3)将两根连接线都与电容池接好，此时数字表头上所示值既为C′空值。
(4)用2mL 移液管移取2mL 环己烷加入到电容池中，盖好，数字表头上所示值既为C ′标 。
由ε环己烷=（t-20）算出实验温度时环己烷的介电常数ε标 ， 代入公式C d =（ε标C 空/- C 标/）/（ε标-1）求得C d ；代入公式C空/=C 空 + C d 求得C 空(5)用滴管将环己烷吸入回收瓶中，用吸耳球将样品室吹干后再测C′空值，与前面所测的C′空值应小于，否则表明样品室有残液，应继续吹干，然后依次用移液管移取2mL 待测溶液，同样方法测定五份溶液的C ′溶。
（6）由公式可知C 溶= C 溶/- C d ，ε溶= C 溶/ C 空由以（ε溶 /ε1 ）～X 2作图，从其斜率求出α3.结束实验，切断电源，仪器复原。
【数据处理】室温：~19.6 °C 气压： 环己烷密度公式39263)(10)(10)(10s s s s t t t t t t t d d -+-+-+=---γβαd s α β γ 适用温度 0~65n =n +*(T-19) （n ：19°C 时，物质的折射率）ε环己烷=（t-20） C 溶/=C 溶 + C dC d =（ε标C 空/- C 标/）/（ε标-1） ε溶= C 溶/ C 空折射率的测定（γ）电容的测定（α） T=19.0°C 序号正丁醇摩尔分数X2折射率（n溶1）温度T1/°C折射率（n溶2）温度T2/°CC空//pFC′溶1/pFC′溶2/pF（环己烷）（C′标）（C′标）123452.{数据处理}（1）作(n19 溶/n1)～X2图，由直线斜率求值。
可知=以第1组数据说明数据处理过程：折射率的测定（γ）序号正丁醇摩尔分数X2折射率（n溶1）温度T1/°C折射率（n溶2）温度T2/°C1由公式 n19=n T+*(T-19) （n19 ：19°C 时，物质的折射率）可知：n19 溶1=n T+*(T-19)= +*=n19 溶2=n T+*(T-19)= +*=n19 溶=（n19 溶1+ n19 溶2）/2=折射率的测定（γ）值的计算序号正丁醇摩尔分数X2折射率（n溶1）温度T1/°C折射率（n溶2）温度T2/°C平均折射率（n19溶）（n19 溶/n1）00（环己烷）（n1）1 123 4 5作(n 19溶/n1)～X 2图0.000.020.040.060.080.100.120.140.160.99600.99650.99700.99750.99800.99850.99900.99951.0000(n 19 溶/n 1)-X 2拟合曲线(n 19溶/n 1)----拟合曲线n 19 溶/n 1X 2由直线斜率求值，可知 =（2）作（ε溶 /ε1 ）～X 2图，由直线斜率求值。
可知α=。
以第0组数据说明数据处理过程： 电容的测定 （α） T=19.0°C序号正丁醇摩尔分数X2C 空//pFC ′溶1/pFC ′溶2/pF由公式可知：ε标 =ε环己烷=（t-20）= （19-20）=平均C ′溶 = (C ′溶1+ C ′溶2)/2= (=C 标/)C d =（ε标C 空/- C 标/）/（ε标-1）=（*）/=关系式： Y = * X R=C 溶= C 溶/ - C d = 空= C 空/ - C d =溶= C 溶/ C 空 ==（=ε1）作（ε溶 /ε1 ）～X 2图（ε溶 /ε1 ）由直线斜率求α值，可知 α=（3）计算P ∞2和R ∞2.由公式可知：环己烷密度公式39263)(10)(10)(10s s s s t t t t t t t d d -+-+-+=---γβαd s α β γ 适用温度 0~65故T=19.0°C 时，环己烷密度p1=+10-3*（）*（19-0）+10-6*（）*（19-0）2+10-9* *（19-0）3=且由（1）（2）可知n 1 =，ε1=，α=，β=0，= ，M1=84，M2=74代入公式可得：112211121120221)2(3lim 2d M M d M P P x βεεεαε-⋅+-+⋅+==→∞23 1.05614 2.024684 2.0246174(2.02462)0.78 2.024620.78⨯⨯-=⋅+⋅++ =()()22226 1.424365840.024271.4243651741.42436520.78 1.42436520.78⨯⨯⨯--=⋅+++⨯ =(4)求算正丁醇的μ。
由公式可知: ()220.042610PR T μ-∞∞=⨯-()()0.04261066.80308422.2667273.1519.0-=⨯-+ = *10-30C m 【注意事项】1.每次测定前要用冷风将电容池吹干，并重测C′空，与原来的C′空值相差应小于。
2.测C ′溶时，操作应迅速，池盖要盖紧，防止样品挥发和吸收空气中极性较大的水汽，影响测定值。
故操作要迅速，试剂和溶液应随时盖紧，溶液应透明不发生浑浊。
3．每次装入量严格相同，样品过多会腐蚀密封材料渗入恒温腔，实验无法正常进行。
4.注意不要用力扭曲电容仪连接电容池的电缆线，以免损坏。
【思考问题】1.本实验测定偶极矩时做了哪些近似处理（1）分子结构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，并认为正、负电荷中心的距离是d 。
（2）由于P 原子在P 中所占的比例很小，在不很精确的测量中可以忽略P 原子，认为P = P 转向 + P 电子 。
（3）因为空气相对于真空的介电常数为，与真空作介质的情况相差甚微，实验上通常以空气为介质时的电容C 空作为C 0。
（4）以高频电场代替中频电场。