偶极矩的测定
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。
（c）溶剂稳定，毒性小，挥发性小， 便于操作。
15
稀溶液配制：
x(乙醇)
0.01
0.03
0.05
0.07
1ml
V乙醇/ml
0.1
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? 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?
21
量一个已知介电常数的标准物质，可得：
C空
C标 '
C
' 空
标 1
Cd
C '空 C空
标C '空 C 标 1
'标
溶液
C溶液 C0
C '溶液 Cd C '空 Cd
17
用电吹风将电容池二极间的空隙吹干，旋上金 属盖。读出电容值。读取电容值，重复测试三次， 三次平均值即为 C空′(C空+Cd－仪器的分布电容)。
18
(2)溶液电容的测定
测定方法与标准物质的测量相同。重复测定 时，不但要移去电容间的溶液，还要用电吹风将 二极间的空隙吹干。然后复测C空′值，两次值差 有不大于0.01pF。再加入待测溶液，测电容，两 次测定的数据的差值应小于0.02pF，否则要继续 复测。三次所测电容读数取平均值，减去Cd,即 为溶液的电容值C12。由于溶液易挥发，故加样 时动作要迅速，加样后塑料塞要塞紧。
M1
1
1 1 1 2
M2
M1 1
(2)
10
P变形的测定
考虑到P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变形，如下式所示： n溶 n1(1 x2 )
P变形
P电子＝R2
=
lim
x0
R
n12 n12
1 2
M2
M1 1
6n12M1 (n12 2)2 1
(3)
再用滴管吸取干燥过的标准物质，从金属盖的 中间口加入环己烷，使液面超过电极。并盖上塑料 塞，以防环己烷挥发。恒温数分钟后，如上述步骤 测定电容值。然后打开金属盖，移去电极间的环己 烷 (倒入回收瓶中)。重新装样再次测电容值。三次 测量的电容值的平均值即为C标′。从而可求C空(近似 等于C0)和Cd的值。
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
P P转向+P电子＋P原子 P P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：
P 1 gM 2
（气体） 相互作用小
结合 (1)(2)(3)公式，可导出：
0.0128 (P2 R2 ) T
11
介电常数的测定： 介电常数是电容器两极间充满某物质时
的电容值Cc与同一电容器在真空时的电 容量C0之比，即：
＝Cc Cc
C0 C空气
12
本实验的待测物质放在电容池中利用小
电容测试仪进行测试，但电容池在小电容测
试仪的插孔上所呈现的电容C测可看作为电 容池二电极间的电容C和整个测试系统中的 分布电容Cd并联所构成，即C测＝C+ Cd 。C 是随介质不同而变化的，而Cd不随测试物质 改变而改变的恒值，即Cd不是所测物质的电 容，应在各次测量后扣除。求Cd的方法是用 已知介电常数的标准物质进行标定。
0.2
0.3
0.4
10ml V环己烷/ml
9.9
9.8
9.7
9.6
参数变化规律： 电容： 小→大 折射率： 大→小 乙醇-环己烷溶液，密度关系： 0.771 0.0401x
16
1、折光率测定
测定纯溶剂和4份所配溶液的折光率。 注意各样品加样三次，每次读取三个数据。
2、介电常数测定
为了消除整套系统中的分布电容Cd，先测
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 x2 ), 溶 1(1 x2 )
可导出摩尔极化度有下述表达式：
P
P2
lim
x2 0
P2
31 (1 2)2
13
测得标准物质的电容C标′(C测)。
C标' C标 Cd
··········· 11
再测不加样品的空电容器的电容C空′
C空' C空 Cd
··········· 12
C标' C空' C标 C空
··········· 13
近似：C空≈C0， C标 C0 C空 代入13
C空
C标' C空'