实验十五 偶极矩的测定
实验十五偶极矩的测定-2014年
实验十五 偶极矩的测定:Guggenheim 简化法
一、目的 测量极性液体 B(如乙酸乙酯)在非极性溶剂 A(如环己烷)中的稀溶液的介电常数和折光 率，根据 Guggenheim 简化公式，计算溶质分子的偶极矩。 二、设计任务 设计选用适合溶液法测量分子的偶极矩的溶质和溶剂；拟定溶液的配制 ( 建议浓度 wB:0.001~0.015 )。 三、原理 1912 年，Debye 提出偶极矩 p 的概念来量度分子极性的大小，其定义为： p＝qd (2.15.1)
L
L-nL2
/wB
(1) 计算各溶液溶质的质量分数 wB。 (2) 作 nL~wB，L~wB 曲线，由曲线怎样得 nA 和A? A 能否由实验测量，怎样测量？ (3) 计算各溶液的△值及△/wB 值。若用 nA、A 的数据怎样来计算△值？ (4) 作△/wB ~ wB 曲线，用什么方法得 / wB w 平均值法？ (5) 计算极性溶质分子的偶极矩 p(C.m)。 根据你所选 wB 浓度范围及所得结果 p，与其他同学的浓度及结果进行比较，你有什么 想法？ 八、讨论 试分析本实验中误差的主要来源，如何改进？ 实验测定的电容是线路分布与介质的电容之和，试分析对实验结果准确性的影响程度， 何时影响可化学实验 15，葛华才 2014 年改写
算值 nA。也可以直接测溶剂的折光率，或查表得到。 四、设计提示 (1) 选用溶剂和溶质时，主要考虑液体的什么性质？ (2) 选择溶液浓度时，若某稀溶液(a)，wB 在 0.001~0.015 之间；某稀溶液(b)，其浓度是 稀溶液(a)的 10 倍左右，wB 在 0.01~0.15 之间。估计选用稀溶液(a)和稀溶液(b)的优缺点，并 选择其一做实验。 (3) nA 可以查表得公认值或直接测量值，也可以 nL 对 wB 作图，外推 wB→0 时，得计算 值 nA。 五、仪器和药品 电容器 1 只，介电常数测试仪 1 台，频率计 1 台，数字阿贝折光仪 1 台，超级恒温槽 1 台，电吹风 1 个，50mL 带塞磨口锥形瓶 4 支，50mL、20mL、l0mL 量筒各 1 个，胶头小吸 管 5 支，10ml 移液管 2 支。 分析纯药品：环己烷、乙酸乙醋、(氯苯、辛烷、丁醇、四氯化碳、氯仿)等。 六、步骤 1.配制溶液 (1) 选用溶剂 A 和溶质 B。 (2) 根据 wB 的范围选择溶液浓度。 (3) 控制溶液体积约 20mL。锥形瓶编号，烘干后称重，用量筒加溶剂 A(18mL 左右)， 称重，用吸管加溶质 B(0.05~0.2mL)，再称重。每次称重须准确至 0.0001g。配制过程须防止 液体挥发，及时盖好塞子。测量前一定要摇匀。 (4) 配制溶液除(3)以外，还可以准确量取纯液体，以该温度下的密度换算成质量；也可 以使用实验室事先配制的溶液， 测折光率， 从折光率与质量比的工作曲线上找到该溶液的质 量比。 2. 测量折光率 接通电源，调节恒温槽温度，将恒温水接入数字阿贝折光仪的保温套，用吸管分别吸取 溶液在数字折光仪上测量折光率 nL。为测量准确，应怎样加样，怎样读数？ 3. 测量介电常数 将恒温水接人电容器夹套中，溶液的介电常数使用 PGM-II 小电容测试仪直接测定，如 图 2.15.1 所示。 (1) 按图 2.15.1a 接线，直接拨出测量池上外电极 C1 插头，打开电源，预热 5min。 (2) 用丙酮或乙醚清洗样品池及电极间隙(图 2.15.1b)，用风筒吹干。按图 2.15.1a 接好， 待数值稳定后，按采零开关。将测试线接上“外电极 C1”插座，此时显示器显示稳定值即为 空气介质与系统分布的电容之和。 (3) 泼出 C1 插头，用移液管往样品杯内加入待测样品，重复(2)步骤，测定样品与系统 分布的电容之和。注意，注入第 2 个及以后样品时需先用风筒吹干样品杯及电容池。
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。
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。
偶极矩测定实验报告
偶极矩测定实验报告《偶极矩测定实验报告》摘要：本实验旨在通过测定分子的偶极矩来研究分子的结构和性质。
通过使用偶极矩测定仪器，我们成功地测定了几种分子的偶极矩，并分析了实验结果。
通过实验数据的分析，我们得出了一些关于分子结构和性质的重要结论。
引言：偶极矩是描述分子极性的重要物理量，它不仅与分子的结构有关，还可以用来研究分子在外电场中的行为。
因此，测定分子的偶极矩对于研究分子的性质和行为具有重要意义。
在本实验中，我们将使用偶极矩测定仪器来测定几种分子的偶极矩，并分析实验结果。
实验方法：1. 准备工作：校准偶极矩测定仪器，确保其准确性和稳定性。
2. 测定样品：选择几种不同的分子样品，将其放入偶极矩测定仪器中进行测定。
3. 数据处理：记录测定得到的偶极矩数据，并进行数据处理和分析。
实验结果与分析：通过实验测定，我们得到了几种分子的偶极矩数据，并进行了分析。
我们发现，不同分子的偶极矩大小存在明显差异，这与分子的结构和极性密切相关。
通过对实验数据的分析，我们可以推断出分子的结构和性质，这对于进一步研究分子的行为和性质具有重要意义。
结论：通过本实验，我们成功地测定了几种分子的偶极矩，并得出了一些关于分子结构和性质的重要结论。
偶极矩测定实验为我们研究分子的性质和行为提供了重要的实验数据和分析方法，对于深入理解分子的结构和性质具有重要意义。
总结：本实验通过偶极矩测定仪器成功地测定了几种分子的偶极矩，并对实验结果进行了分析和讨论。
通过实验数据的分析，我们得出了一些关于分子结构和性质的重要结论，这对于研究分子的性质和行为具有重要意义。
偶极矩测定实验为我们提供了重要的实验数据和分析方法，为进一步研究分子的性质和行为奠定了重要基础。
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
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
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实验十五偶极矩的测定
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。
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
(6)
式中，ε1、ρ1、M1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;M2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;x2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，n1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。
(2)介电常数的测定
介电常数ε可通过测量电容来求算，因为
ε = C/C0 (11)
式中，C0为电容器在真空时的电容;C为充满待测液时的电容，由于空气的电容非常接近于C0，故(11)式改写成
ε=C/C空(12)
图1 电容电桥示意图
本实验利用电桥法测定电容，其桥路为变压器比例臂电桥，如图1所示，电桥平衡的条件是
式中，C′为电容池两极间的电容;C S为标准差动电器的电容。
调节差动电容器，当C′=C S时，u S=u X，此时指示放大器的输出趋近于零。
C S可从刻度盘上读出，这样C′即可测得。
由于整个测试系统存在分布电容，所以实测的电容C′是样品电容C和分布电容C d之和，即
C′= C + C d(13)
显然，为了求C首先就要确定C d值，方法是:先测定无样品时空气的电空C′空，则有
C′空= C空+ C d (14)
)的标准物质的电容C′标，则有
再测定一已知介电常数(ε
标
C′标= C标+C d =ε标C空+ C d (15)
由(14)和(15)式可得:
(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。
四、仪器与药品
1.仪器
小电容测量仪1台;阿贝折射仪1台;超级恒温槽两台;电吹风1只;比重瓶(10mL)1只;滴瓶5只;滴管1只。
2.药品
环己烷(分析纯);正丁醇摩尔分数分别为0.04，0.06，0.08，0.10和0.12的五种正丁醇—环己烷溶液。
五、实验步骤
方法一:用小电容测量仪测偶极矩
1.折射率的测定
在(25.0±0.1)℃条件下，用阿贝折射仪分别测定环己烷和五份溶液的折射率。
2.密度的测定
在(25.0±0.1)℃条件下，用比重瓶分别测定环己烷和五份溶液的密度。
3.电容的测定
(1)空气C′空的测定
图2 小电容测量仪外型图
小电容测量仪的面板图如图2所示。
测定前，先调节恒温槽(以油为介质)温度为(25.0±0.1)℃。
用电吹风的冷风将电容池的样品室吹干，盖上池盖。
将电容池的下插头( 连接内电极)插入电容仪的m插口，电缆插头插入a插口。
测量时，将电源旋钮转向“检查”档，此时表头指针偏转应超过红线(表示电源电压正常，否则应更换新电池)。
然后将旋钮转向“测试”档，倍率旋钮置于“1”档。
调节灵敏度旋钮，使指针有一定偏转(一开始不可将灵敏度调的太高)旋转差动电容器旋钮，寻找电桥的平衡位置(即指针向左偏转到最小点)。
逐渐增大灵敏度，同时调节差动电容器旋钮和损耗旋钮，直至指针偏转到最小。
电桥平衡后读取电容值。
重复调节三次，三次电容读数的平均值为C′空。
(2)标准物质C′标的测定
用干洁滴管吸取环己烷加入电容池样品室中，溶液要盖过外电极，盖上池盖。
用测量C'空相同的步骤测定环己烷的C′标
已知环己烷的介电常数ε
与摄氏温度t的关系，即
标
ε标= 2.023 - 0.0016(t-20) (17)
(3)正丁醇—环己烷溶液C′溶的测定
将环己烷倒入回收瓶中。
用冷风将样品室吹干后再测C′空，与前面所测的C′空值相差应小于0.05pF，否则表明样品室存有残液，应继续吹干。
然后装入溶液，同法测定五份溶液的C′溶。
方法二:用精密电容测量仪测偶极矩
1.折射率的测定
同方法一。
2.电容的测定
(1)将PCM1A精密电容测量仪通电，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零。
(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1mL移液管移取1mL环己烷加入到电容池中，盖好，数字表头上所示
值既为C′
标已知环己烷的介电常数与温度t的关系式为:ε
标
=2.023-0.0016(t-20)
(5)将环己烷倒入回收瓶中，用冷风将样品室吹干后再测C′空值，与前面所测的C′空值应小于0.05pF，否则表明样品室有残液，应继续吹干，然后装入溶液(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)，同样方法测定五份溶液的C′
溶
六、数据处理
1.将所测数据列表。
2.根据(17)式计算ε标。
3.根据(16)和(14)计算C d和C空。
4.根据(13)和(12)式计算C溶和ε溶。
5.分别作ε溶—x2图，ρ溶—x2图和n溶—x2图，由各图的斜率求α，β，γ。
6.根据(6)和(9)式分别计P∞2和R∞2.
7.最后由(5)式求算正丁醇的μ。
七、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0.01PF。
严禁用热风吹样品室。
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。
装样品的滴瓶也要随时盖严。
3.要反复练习差动电容器旋钮、灵敏度旋钮和损耗旋钮的配合使用和调节，在能够正确寻找电桥平衡位置后，再开始测定样品的电容。
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?
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.试分析实验中误差的主要来源，如何改进?。