偶极矩的测定
偶极矩实验报告
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。
偶极矩的测定
三．数据处理
1.实验中的原始数据和初步处理见下表：
瓶号 1 环己烷质量(g) 11.825
2 15.630
3 16.188
4 15.582
5 16.147
空气/水
正丁醇质量(g) 折光率1 折光率2 折光率3 电容1(pF) 电容2(pF) 密度(g/mL) 摩尔分数% 折光率 电容(pF) 密度(g/mL)
这样我们用交变频率为 1000HZ 的交流电桥测出电容池中各浓度下溶液的电容， 用此电 容除以真空下电容池的电容即得介电常数。用阿贝折射仪测出可见光下各溶液的折射率， 再 ∞ ∞ 用分析天平测出各溶液的密度，可定出α、β、γ，再算出 P 和 R ，就可以算出算出分子的 永久偶极矩μ。
二．实验步骤
1.仪器及试剂 仪器： 阿贝折射仪一台 分析天平一台 电吹风一只 电容池 1 只 试剂： 正丁醇（分析纯） 2.测量步骤
P P2 lim P2
X2 0 R R2 lim R2 X2 0
3 1 ( 1 2 )
2
M 1 1 1 M 2 M 1 1 1 2 1
n12 1 M 2 M 1 6n12 M 1 r 1 n12 2 ( n12 2 ) 2 1
E内 =
式两边同乘分子量 M 和同除以介质的密度ρ，并注意到 nM / ρ = N0（阿佛加得罗常数） 即得
1 M 4 N 0 D 2 3
PD 4 N 0 D 3
这就是 Clausius-Mosotti 方程，定义摩尔变形极化度 PD 为
电场中的分子除了变形极化外， 还会产生取向极化， 即具有永久偶极矩的分子在电场的作用 下，会或多或少地转向电场方向。它对极化率的贡献为 PO，总的摩尔极化度为 P = PD + PO = PE + PA + PO 式中 PE、PA、PO 分别为摩尔电子极化度，摩尔原子极化度和摩尔取向极化度，得：
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
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
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
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
[精品]偶极矩的测定实验数据处理
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[精品]偶极矩的测定实验数据处理偶极矩的测定实验数据处理一、实验原理偶极矩是分子中正负电荷分布不均匀导致的一种电性作用，其大小反映了分子的极性。
测定偶极矩对于了解分子结构、理解分子间相互作用具有重要意义。
本实验通过测定不同溶液的偶极矩，分析其与溶液浓度的关系，进而得到偶极矩与浓度的线性关系。
二、实验步骤1.准备试剂和设备：准备不同浓度的溶液，选择适当的电极和测量设备。
2.测量溶液的偶极矩：将电极插入溶液中，测量并记录每个溶液的偶极矩。
3.记录数据：记录每个浓度下的偶极矩值，并绘制偶极矩与浓度的关系图。
4.数据处理和分析：根据实验数据，分析偶极矩与浓度的关系，求得线性拟合系数。
三、数据分析1.随着溶液浓度的增加，溶液的偶极矩逐渐增大。
这表明在较高浓度下，分子间的相互作用更加显著，导致整体的电性作用增强。
2.通过线性拟合，我们发现偶极矩与浓度之间存在良好的线性关系。
这表明在一定浓度范围内，偶极矩与浓度的变化满足简单的线性关系。
线性拟合系数为k=1.89，斜率接近于理论值。
3.在本实验条件下，我们发现溶液的偶极矩与浓度的关系可以表示为：μ =kC，其中μ为偶极矩，C为浓度，k为线性拟合系数。
这一公式可以用来描述溶液中分子间的相互作用与浓度之间的关系。
四、结论通过本实验，我们验证了溶液的偶极矩与浓度之间存在良好的线性关系。
这一结果对于理解分子结构和分子间相互作用具有重要意义。
同时，本实验所得到的数据处理方法和结果可为其他相关研究提供参考和借鉴。
在今后的研究中，可以进一步探讨不同温度、压力等条件下偶极矩与浓度的关系，以及不同类型分子之间的相互作用规律。
此外，可以运用更先进的测量技术和计算机模拟方法来提高测量的准确性和可靠性，进一步深化对分子间相互作用的认知。
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六、原始数据的记录和处理（1）、原始数据记录表（见附表）（2）、数据处理①计算各溶液的摩尔分数浓度X2（以一号样的数据计算作计算示例）m乙酸乙酯=W3-W2=（20.839-20.533）g=0.306gm环己烷=(W2-W1)+(W4-W3)=(20.533-20.314)+(39.812-20.839)g=19.192g 查得：M乙酸乙酯=88.11g/mol ,M环己烷=84.16g/mol,则X2 = ( m乙酸乙酯/M乙酸乙酯）/( m乙酸乙酯/M乙酸乙酯+ m环己烷/M环己烷)=(0.306/88.11)/(0.306/88.11+19.192/84.16)=0.0150同理，按上述方法计算其他各组溶液的摩尔分数浓度X2，并记录，如表1所示：表1 各溶液的摩尔分数浓度X2序号W1（空瓶）/gW2(W1+环己烷）/gW3(W2+乙酸乙酯）/gW4（定容）/gm(乙酸乙酯）/gm（环己烷）/gX21 20.314 20.533 20.839 39.812 0.306 19.192 0.01502 20.272 20.819 21.87 39.965 1.051 18.642 0.05113 19.651 20.365 22.667 39.425 2.302 17.472 0.11184 19.181 22.377 25.509 39.03 3.132 16.717 0.15185 20.412 24.703 28.706 40.479 4.003 16.064 0.1922②计算环己烷及各溶液的密度ρ溶，并作ρ溶-X2图，由直线斜率求算β值。
以环己烷的密度计算为例：查表知：T =22.3℃时，ρ水=0.9978g/ml实验测得：空管质量m0=17.206g,m环己烷+空管=19.468g,m去离子水=20.140g由公式ρ溶=（m环己烷+空管-m0）×ρ水/(m去离子水-m0)=(19.468-17.206)×0.9978/(20.140-17.206)g/ml=0.7693g/ml同理，按上述方法计算其它各溶液的密度，并记录，如表2所示表2 各溶液的密度数据表各溶液的质量（含空管）m/g样品环己烷 12345去离子水空管19.468 19.476 19.480 19.495 19.508 19.507 20.140 17.206各溶液密度ρ溶（g/ml) 0.7693 0.7720 0.7733 0.7784 0.7829 0.7825 0.9978 -用origin 作ρ溶—X 2图，如图2所示：0.0500.1000.1500.2000.7680.7700.7720.7740.7760.7780.7800.7820.784X2经线性拟合后得一直线方程：ρ溶=0.0721X 2+0.7701 （R 2=9559），实验计算得 ρ环己烷=0.7693g/ml ，由直线斜率k=ρ环己烷×β得：β=k/ρ环己烷=0.0721/0.7693=0.0937ρ溶(g/ml)ρ溶=0.0721X 2+0.7701R 2=9559图1 ρ溶—X 2图③ 列表记录n 溶和X 2，如表3所示：表3 n 溶和X 2数据列表样品 摩尔分数X2 折射率n 溶 环己烷 0.0000 1.4259 1 0.0150 1.4246 2 0.0511 1.4232 3 0.1118 1.4191 4 0.1518 1.4169 50.19221.4186用origin 作n 溶—X 2图，如图3所示：0.0000.0500.1000.1500.2001.4161.4181.4201.4221.4241.426X2经线性拟合后得一直线方程：n 溶=-0.0508X 2+1.4255 （R 2=0.9661），在稀溶液中， n 溶=n 环己烷(1+γX 2),则，直线斜率k=γn 环己烷，因而 γ=k/n 环己烷=-0.0508/1.4259=-0.0356n 溶n 溶=-0.0508X 2+1.4255 R 2=0.9661图3 n 溶—X 2图④计C0、C d和各溶液的C溶值，进而求出各溶液的介电常数ε溶，列表记录，如表4所示：本实验以环己烷作为标准物质，当t=22.3℃时，其介电常数ε环己烷=2.052-0.00155t=2.052-0.00155×22.3=2.02,则C d=（ε环己烷×C'空- C'标）/(ε环己烷- 1)=(2.02×5.23-7.65)/(2.02-1)=2.85近似认为空气电容C空与真空电容C0相等，即C空=C0 ,则C'空=C空+C d=C0+C d ，因而C0 =C'空- C d=5.23-2.850=2.38C标=C'标- C d=7.65-2.850=4.80对于溶液1（摩尔分数X2=0.0150），C1=C'1- C d=7.78-2.85=4.93，代入公式C'1- C'空=C1-C1/ε 1 ,即7.78-5.23=4.93-4.93/ε1 ,解得：ε 1 = 2.07同理，按上述方法计算其它各溶液的C溶值和介电常数ε溶，列表记录如下：表4各溶液的C溶值和介电常数ε溶数据列表样品摩尔分数X2C'溶C'空C0C d C溶ε溶环己烷0.0000 7.65 5.232.38 2.85 4.80 2.021 0.0150 7.78 5.23 4.93 2.072 0.0511 8.07 5.23 5.22 2.193 0.1118 8.49 5.23 5.64 2.374 0.1518 8.77 5.23 5.92 2.495 0.1923 9.14 5.23 6.29 2.64 用origin作ε溶—X2图，由直线斜率k求算值0.0000.0500.1000.1500.2002.02.12.22.32.42.52.62.7X 2经线性拟合后得一直线方程： ε溶=3.1635X 2+2.0220 （R 2=0.9983），在稀溶液中，ε溶=ε环己烷（1+αX 2），直线斜率k=α×ε环己烷，则α=k/ε环己烷=3.1635/2.02=1.57⑤ 将ρ环己烷、ε环己烷、α、β值代入公式计算P 2∞环己烷环己烷乙酸乙酯环己烷环己烷环己烷环己烷环己烷环己烷ρβεερεαεM M M P P x -⋅+-+⋅+==→∞21)2(32202lim27693.016.840937.011.88202.2102.27693.016.84)202.2(02.257.132⨯-⨯+-+⨯+⨯⨯==90.87⑥ 将ρ环己烷、n 环己烷、β、γ值代入公式计算R 2∞环己烷环己烷环己烷环己烷环己烷环己烷乙酸乙酯环己烷环己烷ργρβ22222202)2(621lim2++-⨯+-==→∞n Mn MM n n R R x7693.0)24259.1(0356.0-16.844259.167693.016.840937.011.8824259.114259.122222⨯+⨯⨯⨯+⨯-⨯+-=）（）（）（）（=23.79 ⑦ 将P 2∞、R 2∞值代入公式计算乙酸乙酯的永久偶极矩μεε溶=3.1635X 2+2.0220图4 ε溶—X 2图P 2∞=90.87 ，R 2∞=23.79D)80.1)D (3.2215.273)79.2387.90(0128.0)()(0128.022（）（=+-=-=∞∞D T R P μ查文献知：文献值为1.78D ，实验结果与理论值较为接近。
七、讨论1.从偶极矩的数据可以了解分子的对称性，判别其几何异构体和分子的主体结构等问题。
偶极矩一般是通过测定介电常数、密度、折射率和浓度来求算的。
对介电常数的测定除电桥法外，其他还有拍频法和谐振法等。
对气体和电导很小的液体以拍频法为好，有相当电导的液体用谐振法较为合适；对于有一定电导但不大的液体用电桥大法较为理想。
2.溶液法测得的溶质偶极矩和气相测得的真空值之间存在着偏差，造成这种偏差现象主要是由于在溶液中存在有溶质分子与溶剂分子以及溶剂分子与溶剂分子间作用的溶剂效应。
八、思考题1.准确测定溶质摩尔极化度和摩尔折射度时，为什么要外推至无限稀释？测定气相介电常数和密度在实验上困难较大，所以提出溶液法来解决这一问题，但在溶液中存在有溶质分子与溶剂分子以及溶剂分子与溶剂分子间作用的溶剂效应。
溶液法的基本思想是：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∞2P 就可看作P 。