实验 稀溶液法测偶极矩
实验二十二稀溶液法测偶极矩
一、目的要求
1．用溶液法测定极性分子的偶极矩，了解偶极矩与分子电性质的关系。
2．掌握稀溶液法测定偶极矩的实验技术。
二、原理
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：
μ = q · d(1)
从分子的偶极矩数据的大小可以了解分子的对称性、空间构型等结构特征。由于分子中原子间距离数量级是10-8cm，电子电量数量级是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＝3.336×10-30C·m (2)
偶极矩的大小与配合物中的原子排列的对称性有关。对于[M A2B2]或
[M A4B2]型配合物，他们的反式构型应具有对称中心，其偶极矩为0或者比较小，而顺式构型要大得多。应用这一方法的必要条件是配合物在非极性溶剂中要有一定的溶解度。
分子偶极矩通常可采用微波波谱法、分子束法、介电常数法等几种方法进行测量。由于受仪器和样品的局限，前两种方法使用极少，文献上发表的偶极矩数据均来自介电常数法。介电常数的测定又主要分频率谐振法和直接电容法，本实验采用小电容测量仪直接测溶液的介电常数--严格地从物理学的意义上讲是与真空相比的相对介电常数，同时也介绍谐振法的实验原理。
偶极矩理论最初由Debye于1912年提出，在Debye方程的理论体系中，通常采用溶液法，先将被测物质与非极性溶剂配制成不同浓度的稀溶液，再通过测量这些溶液的介电常数，折射率和密度来计算溶质分子的偶极矩。
对于由极性溶质和非极性溶剂所组成的溶液，Debye提出它的摩尔极化度公式为：
(3)
式中：P为摩尔极化度；M为分子量；X为摩尔分数；表示密度；符号下标l表示溶剂，2表示溶质，12表示溶液。
摩尔极化度P与介电常数ε之间关系为：
(4)
极性分子在交变电场中所产生的摩尔极化度是转向极化、电子极化和原于
极化的总和。设P2∞为无限稀释溶液中溶质的摩尔极化度，应用克劳修斯-莫索蒂-德拜方程得到：
(5)
式中α2电和α2原分别为溶质分子的电子极化率和原子极化率，μ为偶极矩，N为阿伏加德罗常数。
电子极化度P2电可通过测量折射率和密度，并利用罗伦兹一罗伦斯公式求得：
(6)
式中R为摩尔折射度。
原子极化度P2原尚无直接测量的实验方法，因它的数值很小，一般将其忽略。由式（5）和式（6）式得
德拜 (7) 设W2为溶质的质量分数．W2=溶质质量/溶液质量，在稀溶液中，溶液的介电常数ε12及折射率的平方nˉ12与W2有线性关系（假设稀溶液中溶剂的性质与纯溶剂的性质相同）：
(8)
(9)
为了省去溶液密度的测量，经Guggenheim和Smith的简化与改进，得到如下公式：
(10)
这样，偶极矩的测定就转化成了介电常数的测定问题（想过来了吗？）。任何物质的介电常数ε可借助于某个电容器的电容值来表示。即
ε＝C / C0≈ C/ C′0 (11)
式中C为某电容器以该物质为介质时的电容值，C0为同一电容器真空时的电容值。C′0为上述电容以空气为介质时的电容值。通常空气的相对介电常数为1.00059，非常接近于1，于是介电常数的测定就变成了电容的测定。换句话说，只要我们能用某种分度值很小（皮法级的，1μF＝106pF＝10-6F）、准确度也很高的电容测量仪测出溶液的电容值来，就可以得到介电常数值。本实验使用南京桑力电子公司生产的小电容测量仪（含电容池）来达到这一目的。
图22－1 小电容测量仪外形示意图
当然，我们也可用如下的传统并联谐振电路的相关仪器来解决这一问题：
图22－2 并联谐振测量电路示意图
做法是先断开Cx，调节精密可变电容Cs，使电路谐振（并联谐振时阻抗最大），记下Cs读数为Cs°，,然后，把以空气为介质的电容器接在Cx的位置上，同样调节Cs使电路达到谐振，记下Cs的读数为Cs′；最后再分别以待测液为介质的同一电容器换在Cx的位置上，调节Cs，仍使电路达到谐振，此时的读数为Cs″。于是根据前后三个分出的等效电容式
Cs°＝Cs′＋ C′0＝Cs″＋ C
得待测物质的介电常数为：
ε≈ C/ C′0＝（Cs° -Cs″）/（Cs° -Cs′）（12）不论用哪种方法测电容，都必须仔细。因为电容测定的精确与否，将直接影响整个实验的成败。所以，取样、注样、润洗、吹干、取盖上盖等全过程必须很仔细、不得引进杂质；仪器的操作不仅要简练、到位，而且状态要稳定，接口、插头的位置与松紧度要一致，尤其是电容池；室内或水浴恒温控制要好。由于测定电容器电容时，测试系统中还存在着分布电容，所以实际测得的电容是C真与分布电容C分之和，C真随介质不同而不同，而C分，只要测定条件不变，就为一固定值。所以，可以通过纯溶剂的介电常数标准值ε1来求出该台套仪器在同一环境条件下的C分，从而对测得的电容值进行修正。于是式（11）就变成
ε＝（C－C分）/ (C′0－C分）（13）
对于纯溶剂--针对桑力小电容仪
ε1＝（C1－C分）/ (C′0－C分）；
对于纯溶剂--针对谐振电路
ε1＝（Cs°-Cs″－C分）/（Cs°-Cs′－C分）
式（13）就变成
ε＝（Cs°-Cs″－C分）/（Cs°-Cs′－C分）（14）
三、仪器和试剂
仪器：阿贝折光仪1台；小电容测量仪一套（目的是测被测溶液的介电常数）；
小长滴管6支，编号为1至6号；
试剂：试剂瓶6个，编号为1至6号，1号试剂瓶内盛分析纯环己烷；2号至6
号试剂瓶内盛装不同浓度的正丁醇－环己烷溶液（依次取正丁醇3.46、8.92、18.82、23.10、29.90ml各加200ml环己烷）；注射器6支，编号为1至6号；回收瓶6个，编号为1至6号。
四、实验操作
1．测定样品的折光率
用相同编号的小滴管分别吸取各试剂瓶中样品，在阿贝折光仪上测定各样品的折光率。
测定前先用少量样品清洗棱镜镜面两次，用洗耳球吹干镜面。测定时，滴加的样品应均匀分布在镜面上，迅速闭合棱镜，调节反射镜，使视场明亮。转动右边的消色散旋钮，使右镜筒内呈现一条清晰的明暗临界线。转动左边调节旋钮，使临界线移动至推丝交点上，此时可在左镜筒内读取右列的折光率读数。每个样品要求测定两次，每次读取两个读数，这四个数据之间相差不能超过
0.0003。
2．预备电容测量
先接好小电容测量仪的配套电源线，打开前面面板的电源开关，预热5分钟；用配套测试线将数字小电容测量仪的"电容池座"插座与电容池的"内电极"插座相连，将另一根测试线的一端插入小电容测试仪的"电容池"插座，插入后顺时针旋转一下，以防脱落，把另一端悬空不插；待显示稳定后，按下"采零"键，以清除仪表系统零位漂移，屏幕显示"00.00"。
3. 测空气介质电容
将那一根测试线悬空的一端插入电容池"外电极"插座，插入后顺时针旋转一下，此时仪表显示值为空气介质的电容，该值是空气电容的真值C air与系统分布电容C分之和。
4. 预备测量液体介质电容
逆时针旋转，拔出电容池"外电极"插座一端的测试线，打开电容池加料口盖子，用指定的取液滴管取样然后注入到加料口里（量加到略高于池内铜柱平台为佳），盖好盖子。待显示稳定后，按下"采零"键，屏幕显示"00.00"。
5. 测液体介质电容
将步骤4中拔下的测试线的一端插入电容池"外电极"插座，顺时针旋转一下挂进去。此时屏幕显示值为待测液体介质电容C真与系统分布电容C分之和。
逆时针旋转，拔出电容池"外电极"插座一端的测试线，打开电容池加料口盖子，用指定的对号入座的注射器抽出电容池里面的液体于回收瓶内，冷风吹干，用指定的取液滴管加注少量的另一待测液体，清洗2次（用脱脂棉搅拽或用对号的注射器抽干），用冷风吹干。正式加待测液体，盖好盖子，待显示稳定后，按下"采零"键，屏幕显示"00.00"。然后将拔下的测试线的一端插入电容池"外电极"插座，顺时针旋转一下挂进去，记录读数。
五、实验注意事项
1．测量中除了取样，试剂瓶盖子应随时盖好．以免样品挥发影响溶液浓度。2．测折光率时，样品滴加要均匀，用量不能太少，滴管不要触及棱镜，以免损坏镜面。
3．测电容时，直接用指定的移液管将样品注入电容池内，动作要谨慎、缓慢。万一把样品溅倒在测量池外，可用软纸吸干，以免影响数据的稳定。
六、数据处理
1．1号试剂瓶内样品为纯溶剂环己烷，其拆射率用于阿贝折光仪的零点校正，（本实验最好不要用纯净水n25 H2O=1.3325校正，因为水的吹干时间变长了）。纯净的环己烷、正丁醇的相关物性值如下：
n25
环己烷＝n20
环己烷
＝1.4290 ε真＝2.023－0.0016（t－25）
将环己烷在仪器上读得的测量值与标准值的差值作为仪器零点校正值，用来校正2号至5号样品的测量值。
2．按(9)式计算2号至5号样品的溶质质量分数W2，测量这些溶液的折光率，再用最小二乘法按下式求得αn值：
（15）
3．由各溶液的W2与ε12：，用最小二乘法按下式求αs：
（16）
4. 数据表格
温度：℃；气压：KPa；αs: αn:
5．按(10)式求得正丁醇的偶极矩μ（K取1.3805x10-16），其结果单位为静电单
位·厘米，按(2)式换算成惯用单位德拜(D)，也可换算成国际单位库仑·米(c·m)。
上述计算中需用的常数如下：
K = 1.3805 x 10-16erg·deg-1= 1.3805 x 10-23J·K-1
N = 6.023 x 1023mol-1
T = 298.2K M正丁醇 = 74.13
6.自己找文献资料查正丁醇的偶极矩值并与之比较，看误差大小有多少，分析误差的原因。
【思考题】
1．实验中主要误差来源是什么？如何减少这些误差?若电容测定中有±0.01PF 的漂移读数误差，将对摩尔极化度P12的计算结果产生多大影响？
2．测量折光率和电容时要注意哪些问题?
3．属于什么点群的分子有偶极矩?请举出三个以上的例子。
【英汉词条】
偶极矩dipole matrix 极性分子polar molecule
向量vectors介电常量dielectric constant
摩尔极化度mol polarizability 阿贝折光仪abbe's refractometer
摩尔磁化率molar susceptibility极性polarity
极化polarization 电场electric field
电容capacitance电路electrocircuit
折射率refractive index电容器capacitor / capacitator
3 溶液法测定极性分子的偶极矩
实验3 溶液法测定极性分子的偶极矩 1 目的要求 (1) 用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩。 (2) 了解偶极矩与分子电性质的关系。 (3) 掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术。 2 基本原理 (1) 偶极矩与极化度：分子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。由于其空间构型的不同，其正负电荷中心可以是重合的，也可以不 重合。前者称为非极性分子，后者称为极性分子。 图18-1电偶极矩示意图 图18-2极性分子在电场作用下的定向 1912年德拜提出“偶极矩” μ 的概念来度量分子极性的大小，如图18-1所示， 其定义是 d q ?=μ (1-1) 式中，q 是正负电荷中心所带的电量； d 为正负电荷中心之间的距离；μ 是一个 向量，其方向规定为从正到负。因分子中原子间的距离的数量级为10-10m ，电荷的数量级为10-20C ，所以偶极矩的数量级是10-30C ·m 。 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，可以用来鉴别几何异构体和分子的立体结构等。 极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩指向某个方向的机会均等。所以偶极矩的统计值等于零。若将极性分子置于均匀的电场E 中，则偶极矩在电场的作用下，如图Ⅱ-29-2所示趋向电场方向排列。这时我们称这些分子被极化了。极化的程度可用摩尔转向极化度P 转向来衡量。 转向 P 与永久偶极矩2μ的值成正比，与绝对温度T 成反比。 kT N P 3432μπ ?=转向 kT N μ π ?=9 4 (1-2) 式中：k 为玻兹曼常数，N 为阿伏加德罗常数。
在外电场作用下，不论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，分子骨架也会发生形变。这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 诱导可分为二项，即电子极化度P 电子和原子极化度P 原子，因此P 诱导=P 电子 +P 原子。P 诱导与外电场强度成正比，与温度无关。 如果外电场是交变场，极性分子的极化情况则与交变场的频率有关。当处于频率 小于1010s -1的低频电场或静电场中，极性分子所产生的摩尔极化度P 是转向极化、电子极化和原子极化的总和。 原子电子转向P P P P ++= (1-3) 当频率增加到1012～1014的中频(红外频率)时，电子的交变周期小于分子偶极矩的松弛时间，极性分子的转向运动跟不上电场的变化，即极性分子来不及沿电场方向定向，故转向P =0，此时极性分子的摩尔极化度等于摩尔诱导极化度诱导P 。当交变电场的频率进一步增加到＞1015秒-1的高频(可见光和紫外频率)时，极向分子的转向运动和分子骨架变形都跟不上电场的变化。此时极性分子的摩尔极化度等于电子极化度电子 P 。 因此，原则上只要在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度P ，在红外频率下测得极性分子的摩尔诱导极化度诱导P ，两者相减得到极性分子摩尔转向极化度转向P ，然后代入(18-2)式就可算出极性分子的永久偶极矩μ来。 (2) 极化度的测定：克劳修斯、莫索和德拜从电磁场理论得到了摩尔极化度P 与介电常数ε之间的关系式： ρ εεM P ?+-= 21 (1-4) 式中，M 为被测物质的分子量；ρ为该物质在TK 下的密度；ε可以通过实验测定。 但(1-4)式是假定分子与分子间无相互作用而推导得到的。所以它只适用于温度不太低的气相体系，对某些物质甚至根本无法获得气相状态。因此后来提出了用一种溶液来解决这一困难。溶液法的基本想法是，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 ，就可以看作为(1-4)式中的P 。 海台斯纳特首先利用稀释溶液的近似公式。
接触角的测定实验报告
—、实验目的 1. 了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的含义与应用。 2. 掌握用JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪测定接触角和表面张力的方 法。 二、实验原理 润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固?液界面所取 代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来， 有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润 湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不 粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。 此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类 型示于图仁 图1各种类型的润湿 当液体与固体接触后，体系的自山能降低。因此，液体在固体上润湿程度的 大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固 体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角 的液滴存在，如图2所示。 图2接触角 铺展润湿 粘附湿润 不银润 浸湿
假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即 yso- ySL= yLG-COS0 (1) 式中ysG, yi_G，ysi.分别为固?气、液?气和固?液界面张力；8是在固、气、液三 相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0°-180°之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。 在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是： 粘附润湿Wa = ySG - ySL + yLG zO (2) 铺展润湿S = ysG?ysL?yLG >0 (3) 式中Wa, S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。 若将(1)式代入公式(2)、(3),得到下面结果： Wa二ysG+yLG -ySL=yLG(1+COS0) (4) S=ySG-ySL-yLG=yLG(COS0-1) (5) 以上方程说明，只要测定了液体的表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数据也能作为判别润湿情况的依据。通常把8=90。作为润湿与否的界限，当8>90°,称为不润湿，当0<90°时，称为润湿，8越小润湿性能越好；当8角等于零时，液体在固体表面上铺展，固体被完全润湿。 接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数之一，由它可了解液体在一定固体表面的润湿程度。接触角测定在矿物浮选、注水采油、洗涤、印染、焊接等方面
稀溶液法测定偶极矩
华南师范大学实验报告 学生姓名学号 2 专业化学（师范）年级、班级2009级化6 课程名称结构化学实验项目稀溶液法测定偶极矩 实验类型验证综合实验时间2011 年12 月 2 日 实验指导老师实验评分 一、实验目的 1.掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术 2.了解偶极矩与分子电性质的关系 3.测定正丁醇的偶极矩 二、实验原理 1．偶极矩与极化度 分子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。由于空间构型的不同，其正负电荷中心可能重合，也可能不重合。前者称为非极性分子，后者称为极性分子。
1912年，德拜提出“偶极矩”的概念来度量分子极性的大小，其定义是 qd =→ μ ① 式中，q 是正负电荷中心所带的电量；d 为正负电荷中心之间的距离；→ μ是一个矢量，其方向规定为从正到负。因分子中原子间的距离的数量级为10-10 m ，电荷的数量级为10-20 C ，所以偶极矩的数量级是10-30 C ·m 。 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，可以用来鉴别几何异构体和分子的立体结构等。 极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩指向某个方向的机会均等。所以偶极矩的统计值等于零。若将极性分子置于均匀的电场E 中，则偶极矩在电场的作用下，趋向电场方向排列。这时称这些分子被极化了。极化的程度可以用摩尔转向极化度P μ来衡量。P μ与永久偶极矩μ的平方成正比，与绝对温度T 成反比。 kT 9μ πN 4P A μ= ② 式中，k 为波兹曼常数；NA 为阿弗加德罗常数；T 为热力学温度；μ为分子的永久偶极矩。 在外电场作用下，不论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，分子骨架也会发生形变。这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，即电子极化度P e 和原子极化度P a ，因此 P 诱导 = P e + P a ③
固体表面动态接触角的测定
固体表面动态接触角的测定 一．目的与要求 1.了解固体表面接触角的测量及表面能的计算原理。 2.掌握润湿周长、接触角、表面能的实验测试方法及实验操作。 二．仪器与药品 DCA-150界面分析仪 正己烷（A.R.）；无水乙醇（A.R.）；二次蒸馏水；聚苯乙烯（Pst）样品 三．基本原理 接触角是表征固体物质润湿性最基本的参数之一，据测量的原理的不同，接触角又可分成平衡接触角和动态接触角（dynamic contact angle），动态接触角（包括前进接触角（advancing contact angle）和后退接触角（receding contact angle）两种。 早在20世纪初期，Wilhelmy测试液体表面张力及接触角的方法：将一定的待测液体装在特定容器中，尽可能垂直固定悬挂的铂金板，升起液面至刚好与铂金板的下边缘相接触，此时铂金板受到液面向下的拉力即为液体的表面张力r r ＝ F w / (L·cosθ) （1） r－液体表面张力（Dyn /cm）；F w —吊片所受的力（Dyn）；L—润湿周长（cm）；θ—接触角（°）； 由于绝大多数的液体对于°铂金是完全润湿的，即接触角θ为0°，所以只要知道润湿周长，就可从（1）式很方便计算得到液体的表面张力 1.平衡接触角 又叫静态接触角，根据Wilhelmy理论，只要将待测固体加工成规定尺寸的片状样品，然后垂直悬挂与已知表面张力的液面接触，同样可以依据（1）计算得到液体在固体表面的平衡接触角。 2.动态接触角 Wilhelmy法：如图2依据Wilhelmy理论，把样品板插入到液体中然后抽出来，通过测量样品板受力变化计算得到液体在固体表面的动态接触角的大小。
偶极矩的测定
偶极矩的测定 XXX 中国科学技术大学材料科学与工程系，合肥 联系人Email ：XXX 摘要:本实验通过溶液法测定正丁醇偶极矩。通过测定不同浓度正丁醇的环己烷稀溶液的折射率、密度、介电常数，利用外推法得到一系列数据，从而计算得到正丁醇分子的偶极矩。 关键词: 偶极矩溶液法外推法正丁醇极性分子 ABSTRACT:In this experiment，we determined the dipole moment of Butanol by usingsolution method.Wemeasuredthe density, dielectric constantand refractive index of Butanol cyclohexane solution. Then we used extrapolation to determine the relative value which help calculate the dipole moment of Butanol. Key word: Dipole momentButanol Solution method extrapolation Polar molecule 前言 偶极矩是分子结构的重要参数, 在无机化学、分析化学、有机化学、物理化学中都有涉及。它对判断分子的空间结构, 了解分子中的电荷分布、极性、对称性有重要作用。 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μ=q?r 来表示。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1? = 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×cm。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。 如将电介质置于交变电场中，则其极化和电场变化的频率有关。交变电场的频率小于1010秒-1时，极性分子的摩尔极化度P中包含了电子原子和取向的贡献。当频率增加到1012－1014秒-1时，电场的交变周期小于分子偶极矩的松弛时间，极性分子的取向运动跟不上电场的变 化，这时极性分子来不及沿电场取向，故P O = 0。当交变电场的频率进一步增加到大于1015 秒-1高频场时，分子的取向和分子骨架的变形都跟不上电场的变化，这时的摩尔极化度称为摩尔折射度R。 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，而后算出P∞和R∞，进而算出分子的永久偶 极矩μ。 1实验部分 （i）试剂. 正丁醇（分析纯，国药集团化学试剂有限公司） 环已烷（分析纯，国药集团化学试剂有限公司） （ii）仪器. 2W AJ型阿贝折射仪（上海申光仪器仪表有限公司） PCM-1A型精密电容测量仪（南京南大万和科技有限公司）
用拉脱法测定液体表面张力系数物理实验报告
用拉脱法测定液体表面张力系数 液体表层厚度约m 10 10 -内的分子所处的条件与液体内部不同，液体内部每一分子被周 围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。由于液体表面上方接触的气体分子，其密 度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至达到动态平衡。因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。表面张力能说明液体的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通常有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定法。 【实验目的】 1．了解326FB 型液体的表面张力系数测定仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行 定标的方法，计算该传感器的灵敏度。 2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象，并用物理学基本概念和定律进行分析和研究，加深对物理规律的认识。 3．掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据。 【实验原理】 如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中，然后缓慢地提起吊环，圆筒形吊环将带起一 层液膜。使液面收缩的表面张力f 沿液面的切线方向，角?称为湿润角（或接触角）。当继续提起圆筒形吊环时，?角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜的里、外两个表面的张力f 均垂直向下，设拉起液膜破 裂时的拉力为F ，则有 f g m m F 2)(0++= （1） 式中，m 为粘附在吊环上的液体的质量，0m 为吊环质量，因表面张力的大小与接触面周边界长度成正比，则有 απ?+=)(2外内D D f （2） 比例系数α称为表面张力系数，单位是m N /。α在数值上等于单位长度上的表面张力。式中l 为圆筒形吊环内、外圆环的周长之和。 ) ()(0外内D D g m m F ++-= πα （3） 由于金属膜很薄，被拉起的液膜也很薄，m 很小可以忽略，于是公式简化为：
稀溶液法测定偶极矩实验报告(华南师范大学物化实验)
稀溶液法测定偶极矩 一、实验目的 （1）掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术 （2）了解偶极矩与分子电性质的关系 （3）测定正丁醇的偶极矩 二、实验原理 2.1偶极矩与极化度 分子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。由于空间构型的不同，其正负电荷中心可能重合，也可能不重合。前者称为非极性分子，后者称为极性分子。 1912年，德拜提出“偶极矩”的概念来度量分子极性的大小，其定义是 qd =→ μ （1） 式中，q 是正负电荷中心所带的电量；d 为正负电荷中心之间的距离；→ μ是一个矢量，其方向规定为从正到负，的数量级是10-30C ·m 。 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，可以用来鉴别几何异构体和分子的立体结构等。 极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩指向某个方向的机会均等。所以偶极矩的统计值等于零。若将极性分子置于均匀的电场E 中，则偶极矩在电场的作用下，趋向电场方向排列。这时称这些分子被极化了。极化的程度可以用摩尔转向极化度P μ来衡量。P μ与永久偶极矩μ的平方成正比，与绝对温度T 成反比。 kT 9μ πN 4P A μ= （2） 式中，k 为波兹曼常数；NA 为阿弗加德罗常数；T 为热力学温度；μ为分子的永久偶极矩。 在外电场作用下，不论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，分子骨架也会发生形变。这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，即电子极化度P e 和原子极化度P a ，因此 P 诱导 = P e + P a （3） 如果外电场是交变场，极性分子的极化情况则与交变场的频率有关。当处于频率小于1010H Z 的低频电场或静电场中，极性分子所产生的摩尔极化度P 是转向极化、电子极化和原子极化的总和。 P = P μ+ P e +P a （4） 介电常数实际上是在107H Z 一下的频率测定的，测得的极化度为 P μ+ P e +P a 。若把频率提高到红外范围，分子已经来不及转向，此时测得的极化度只有P e 和P a 的贡献了。所以从按介电常数计算的P 中减去红外线频率范围测得的极化，就
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 kT N kT L P A 2 294334μπμπμ==(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。此时分子的摩尔极化度P m = P e + P a 。当交变电场的频率大于1015s -1（即可见光和紫外光区），极性分子的定向运动和分子骨架变形都跟不上电场的变化，此时Pm = Pe 。 因此，原则上只要在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度P m ，在红外频率下测得极性分子的摩尔诱导极化度P 诱导，两者相减得到极性分子的摩尔定向极化度P u ，带入（2）式，即可算出其永久偶极矩μ。 因为Pa 只占P 诱导中5%～15%，而实验时由于条件的限制，一般总是用高频电场来代替中频电场。所以通常近似的把高频电场下测得的摩尔极化度当作摩尔诱导偶极矩。 2．极化度和偶极矩的测定 对于分子间相互作用很小的体系，Clausius-Mosotti-Debye 从电磁理论推得摩尔极化度P 于介电常数ε之间的关系为 d M P ?+-= 21εε （4） 式中：M 为摩尔质量，d 为密度。 上式是假定分子间无相互作用而推导出的，只适用于温度不太低的气相体系。但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。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∞ P 就可看作为上式中的P ，即：
溶液法测定偶极矩结构化学实验二
结构化学实验二 溶液法测定极性分子的偶极矩 一、实验目的 1.用溶液法测定正丁醇的偶极矩 2.了解偶极矩与分子电性质的关系 3. 掌握溶液法测定偶极矩的实验技术 二、实验原理 1.偶极矩与极化度 两个大小相等方向相反的电荷体系的偶极矩定义为： μ=q d (1) 极性分子在电场作用下极化程度可用摩尔定向极化度P定向来衡量： P定向=4/3πN A*μ02/(3kT)=4/9πN A*μ02/(kT) (2) 极性分子所产生的摩尔极化度P是摩尔定向极化度、摩尔电子诱导极化度和摩尔原子诱导极化度的总和： P=P定向+P诱导=P定向+P电子+P原子(3) 2. 溶液法测定偶极矩 无限稀释时溶质的摩尔极化度的公式： P=P2∞=3αε1/(ε1+2)2* Μ1/ρ1+ (ε1-1)/(ε1+2) * (Μ2-βΜ1)/ρ1(9) 习惯上用溶质的摩尔折射度R2表示高频区测得的摩尔极化度，因为此时P 定向=0，P原子=0，推导出无限稀释时溶质的摩尔折射度的公式： P电子=R2∞=(n12-1)/(n12+2) * (Μ2-βΜ1)/ρ1+6n12Μ1γ/[(n12+2)2*ρ1] (13) 稀溶液的近似公式：
ε溶=ε1(1+α* x2) (7) ρ溶=ρ1(1+β*x2) (8) n溶=n1(1-γ*x2) (12) 由P定向=P2∞-R2∞=4/9πN A*μ02/(kT) (14) 得μ0=0.0128*[(P2∞-R2∞)*T]1/2 (D)(15) 需测定参数：α，β，γ，ε1，ρ1 n1 三、仪器和试剂 仪器：阿贝折光仪1台；比重管1只；电容测量仪一台；电容池一台；电子天平一台；电吹风一只；25ml容量瓶4支；25ml、5ml、1ml移液管各一支；滴管5只；5ml针筒一支；针头一支；吸耳球两个 试剂：正丁醇（分析纯）；环己烷（分析纯）；蒸馏水；丙酮 四、实验步骤 1.溶液的配制 配制4种正丁醇的摩尔分数分别是0.05、0.10、0.15、0.20的正丁醇-环己烷溶液。 2.折光率的测定 用阿贝折光仪测定环己烷和各配制溶液的折光率。测定时注意各样品需加样三次，每次读取一个数据，取平均值。 3.介电常数的测定 （2）电容C0 和Cd 的测定：本实验采用环己烷为标准物质，其介电常数
测接触角实验方案
测试接触角实验申请 实验内容：主要测定水、乙二醇、二碘甲烷在石墨、石英、绢云母、柴油上的接触角。 实验目的：通过测定水在石墨、绢云母、石英的接触角，以表征石墨、绢云母、石英的疏水亲水性；通过测定水、乙二醇、二碘甲烷在石墨、石英、绢云母、柴油上的接触角，可以用来石墨、石英、绢云母的表面能的计算和隐石墨浮选体系中矿物与水、捕收剂与水、矿物与气泡、矿物与捕收剂之间等一系列界面相互作用自由能的计算，进而对各界面之间的范德华力、疏水引力、水化斥力等界面热力学行为进行研究。 样品加工：采用压片机对辉钼矿样品进行压片，制各样品。压片时样品质量为10g，压片压力为2．45×104kPa，压片直径为20mm，压片表面平整光滑。采用“浸渍法”制备捕收剂表面膜，剪取尺寸为20mmx20mm的空白铜板纸，浸入捕收剂纯液中，浸渍时间1min，置于硅胶干燥器内干燥24h，备用。 采用GBX润湿角测量仪测量液体在崮体表面上的接触角。测量时，按照测量接触角的步骤、小心地滴加在固体表面，形成液滴，取10次读数的接触角平均值作为该座滴的接触角。所有测量均在室温(25℃)进行。 实验方法 测量接触角步骤( 自动滴管, 自动平台) 1. 打开计算机 2. 打开接触角仪器的开关 3. 在计算机“桌面”上, 点选GBX digidrop 的快捷方式, 打开接触角的测量与分析软件 4. 选择新的测试选单 5. 选择“Surface Energy Menu” 6. 将滴管针头申到镜头所能看到的范围之内 7. 利用仪器上左下角的旋钮, 将镜头聚焦在滴管之上(通常是滴管最清析, 最大的位置) 8. 在操作软件上的右上角, 点选MVT, 叫出操作选单 9. 选择液滴的大小(VOL) 10. 选择连续摄影模式 11. 将开始拍照录像的时间改成0ms 12. 请点选使用自动成滴系统 13. 请点选“single”, 开始一次的测试 14. 等待仪器自动滴水, 桌面自动升降, 自动在桌面上形成液滴 15. 选择左方的分析功能, 得到你的接触角角度(一共有七种方法, 根据需要选择) 16. 得到你所需要的接触角值 分析表面/界面自由能步骤 ( 在进行本实验之前?Zisman 至少必需准备两种以上的液体, 其它公式必需准备三种以上的液体, 需要极性还是非极性的液体, 请参考)
溶液法测定极性分子的偶极矩
溶液法测定极性分子的偶极矩 I. 目的与要求 一、 用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩 二、 了解偶极矩与分子电性质的关系 三、 掌握溶液法测定偶极矩的实验技术 I I. 基本原理 一、偶极矩与极化度 分子结构可以近似地被石成是由电子。和对于骨架（原子核及内层电子）所构成的。由于分子空间构型的不同，其正、负电荷中心可能是重合的，也可能不重合，前者称为非极性分子，后者称为极性分子。 图1 电偶极矩示意图 1912年，德拜（Debye ）提出―偶极矩‖μ的概念来度量分子极性的大小，如图1所示，其定义是 d q ?=μ （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，μ是一个向量，其方向规定从正到负。因分子中原子间距离的数量级为1010 -m ，电荷的数量级为2010-C ，所以偶极矩的数量级是3010-C·m 。 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等情况，还可以用来判别几何异构体和分子的立体结构等。 极性分子具有永久偶极矩，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。若将极性分子置于均匀的电场中，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转向极化度转向P 来衡量。 转向P 与永久偶极矩平方成正比，与热力学温度T 成反比 kT L kT L P 2294334μπμπ=?=转向 （2）
式中k 为玻耳兹曼常数，L 为阿伏加德罗常数。 在外电场作用下，不论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，用摩尔诱导极化度诱导P 来衡量。显然，诱导P 可分为二项，即电子极化度电子P ，和原子极化度原子P ，因此诱导P = 电子P + 原子P 。诱导P 与外电场强度成正比，与温度无关。 如果外电场是交变电场，极性分子的极化情况则与交变电场的频率有关。当处于频率小于1010-s -1的低频电场或静电场中，极性分子所产生的摩尔极化度P 是转向极化、电子极化和原子极化的总和 P = 转向P + 电子P + 原子P （3） 当频率增加到1210-～1410-s -1的中频（红外频率）时，电场的交变周期小于分子偶极矩的弛豫时间，极性分子的转向运动跟不上电场的变化，即极性分子来不及沿电场定向，故转向P = 0。此时极性分子的摩尔极化度等于摩尔诱导极化度诱导P 。当交变电场的频率进一步增加到大于1510-s -1的高频（可见光和紫外频率）时，极性分子的转向运动和分子骨架变形都跟不上电场的变化，此时极性分子的摩尔极化度等于电子极化度电子P 。 因此，原则上只要在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度P ，在红外频率下测得极性分子的摩尔诱导极化度诱导P ，两者相减得到极性分子的摩尔转向极化度转向P ，然后代人（2）式就可算出极性分子的永久偶极矩μ来。 二、极化度的测定 克劳修斯、莫索蒂和德拜（Clausius －Mosotti －Debye ）从电磁理论得到了摩尔极化度P 与介电常数ε之间的关系式 ρ εεM P ?+-=21 （4） 式中，M 为被测物质的摩尔质量，ρ是该物质的密度，ε可以通过实验测定。 但（4）式是假定分子与分子间无相互作用而推导得到的，所以它只适用于温度不太低的气相体系。然而测定气相的介电常数和密度，在实验上困难较大，某些物质甚至根本无法使其处于稳定的气相状态。因此后来提出了一种溶液法来解决这一困难。溶液法的基本想法是，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 就可以看作为（4）式中的P 。 海德斯特兰（Hedestran ）首先利用稀溶液的近似公式 ()211x αεε+=溶 （5） ()211x βρρ+=溶 （6） 再根据溶液的加和性，推导出无限稀释时溶质摩尔极化度的公式 ()1 1211112112022123lim 2ρβεερεαεM M M P P P x -?+-+?+===→∞ （7） 上述（5）、（6）、（7）式中，溶ε、溶ρ是溶液的介电常数和密度，2M 、2x 是溶质的摩尔质量和摩尔分数，1ε、1ρ和1M 分别是溶剂的介电常数、密度和摩尔质量，α、β在
偶极矩的测定--用小电容测量仪测偶极矩(带思考题答案)
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
实验一、稀溶液法测偶极矩
实验二十二 稀溶液法测偶极矩 一、目的要求 1．用溶液法测定极性分子的偶极矩，了解偶极矩与分子电性质的关系。 2．掌握稀溶液法测定偶极矩的实验技术。 二、原理 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： μ = q d (1) 从分子的偶极矩数据的大小可以了解分子的对称性、空间构型等结构特征。由于分子中原子间距离数量级是10-8cm，电子电量数量级是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＝3.336×10-30C m (2) 偶极矩的大小与配合物中的原子排列的对称性有关。对于[M A2B2]或[M A4B2]型配合物，他们的反式构型应具有对称中心，其偶极矩为0或者比较小，而顺式构型要大得多。应用这一方法的必要条件是配合物在非极性溶剂中要有一定的溶解度。 分子偶极矩通常可采用微波波谱法、分子束法、介电常数法等几种方法进行测量。由于受仪器和样品的局限，前两种方法使用极少，文献上发表的偶极矩数据均来自介电常数法。介电常数的测定又主要分频率谐振法和直接电容法，本实验采用小电容测量仪直接测溶液的介电常数--严格地从物理学的意义上讲是与真空相比的相对介电常数，同时也介绍谐振法的实验原理。 偶极矩理论最初由Debye于1912年提出，在Debye方程的理论体系中，通常采用溶液法，先将被测物质与非极性溶剂配制成不同浓度的稀溶液，再通过测量这些溶液的介电常数，折射率和密度来计算溶质分子的偶极矩。 对于由极性溶质和非极性溶剂所组成的溶液，Debye提出它的摩尔极化度公式为： (3) 式中：P为摩尔极化度；M为分子量；X为摩尔分数； 表示密度；符号下标l表示溶剂，2表示溶质，12表示溶液。 摩尔极化度P与介电常数ε之间关系为： (4) 极性分子在交变电场中所产生的摩尔极化度是转向极化、电子极化和原于极化的总
29 偶极矩的测定
实验二十九 偶极矩的测定 1 目的要求 (1) 用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩。 (2) 了解偶极矩与分子电性质的关系。 (3) 掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术。 2 基本原理 (1) 偶极矩与极化度：分子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。由于其空间构型的不同，其正负电荷中心可以是重合的，也可以不重合。前者称为非极性分子，后者称为极性分子。 图18-1电偶极矩示意图 图18-2极性分子在电场作用下的定向 1912年德拜提出“偶极矩” μ的概念来度量分子极性的大小，如图18-1所示，其 定义是 (18-1) 式中，q 是正负电荷中心所带的电量； 为正负电荷中心之间的距离；μ? 是一个向量，其方向规定为从正到负。因分子中原子间的距离的数量级为10-10m ，电荷的数量级为10-20C ，所以偶极矩的数量级是10-30C ·m 。 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，可以用来鉴别几何异构体和分子的立体结构等。 极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩指向某个方向的机会均等。所以偶极矩的统计值等于零。若将极性分子置于均匀的电场E 中，则偶极矩在电场的作用下，如图Ⅱ-29-2所示趋向电场方向排列。这时我们称这些分子被极化了。极化的程度可用摩尔转向极化度P 转向来衡量。 与永久偶极矩 的值成正比，与绝对温度T 成反比。 KT N P 3432 μπ??=转向 KT N μ π? ? =94 (18-2) 式中：K 为玻兹曼常数，N 为阿伏加德罗常数。 在外电场作用下，不论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，分子骨架也会发生形变。这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 诱导可分为二项，即电子极化度P 电子和原子极化度P 原子，因此P 诱导=P 电子+P 原子。P 诱导与外电场强度成正比，与温度无关。 如果外电场是交变场，极性分子的极化情况则与交变场的频率有关。当处于频率小于1010s -1的低频电场或静电场中，极性分子所产生的摩尔极化度P 是转向极化、电子极化和原子极化的总和。 d q ?=μ? d 转向P 2μp
接触角的测定实验报告
液-固界面接触角的测量实验报告 一、实验目的 1. 了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的含义与应用。 2. 掌握用JC2000C1静滴接触角/界面力测量仪测定接触角和表面力的方法。 二、实验原理 润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。 图1 各种类型的润湿 当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。
图2 接触角 假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即 γSG- γSL= γLG·cosθ(1) 式中γSG，γLG，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。 在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是： 粘附润湿W a=γSG-γSL+γLG≥0(2) 铺展润湿S=γSG-γSL-γLG≥0 (3) 式中W a，S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。 若将(1)式代入公式(2)、(3)，得到下面结果： W a=γSG+γLG－γSL=γLG(1+cosθ)(4) S=γSG-γSL-γLG=γLG(cosθ-1) (5)以上方程说明，只要测定了液体的表面力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数据也能作为判别润湿情况的依据。通常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ＞90°，
稀溶液法测定偶极矩实验报告(华南师范大学物化实验)
稀溶液法测定偶极矩 、实验目的 （1）掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术 （2）了解偶极矩与分子电性质的关系 （3）测定正丁醇的偶极矩 二、实验原理 2.1偶极矩与极化度 分子结构可以近似地看成是由电子云和分子骨架（原子核及层电子）所构成。由于空间构型的不同，其正负电荷中心可能重合，也可能不重合。前者称为非极性分子，后者称为极性分子。 1912年，德拜提出“偶极矩”的概念来度量分子极性的大小，其定义是 卩qd （1） 式中，q是正负电荷中心所带的电量；d为正负电荷中心之间的距离；卩是 一个矢量，其方向规定为从正到负，的数量级是10-3°Cm 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，可以用来 鉴别几何异构体和分子的立体结构等。 极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩指向某个方向的机会均等。所以偶极矩的统计值等于零。若将极性分子置于均匀的电场E中，则偶极矩在电场的作用下，趋向电场方向排列。这时称这些分子被极化了。极化的程度可以用摩尔转向极化度P卩来衡量。R与永久偶极矩卩的平方成正比，与绝对温度T成反比。
(2) (6) 4 nN A A 巳-9kF 式中，k 为波兹曼常数；NA 为阿弗加德罗常数；T 为热力学温度；A 为分子 的永久偶极矩。 在外电场作用下，不论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，分子骨架也会发生形变。这称为诱导极化或变形极化。用摩尔诱导 摩尔极化度P 与介电常数c 之间的关系式。 极化度 P 诱导来衡量。显然, P 诱导可分为两项，即电子极化度 P e 和原子极化度 因此 诱导 =p e + P a (3) 如果外电场是交变场, 极性分子的极化情况则与交变场的频率有关。 当处于 频率小于101O H Z 的低频电场或静电场中，极性分子所产生的摩尔极化度 P 是转向 极化、电子极化和原子极化的总和。 A + P e +R (4) 介电常数实际上是在107HZ 一下的频率测定的，测得的极化度为 P A + P e +P a 。 若把频率提高到红外围，分子已经来不及转向，此时测得的极化度只有 P e 和 P a 的贡献了。所以从按介电常数计算的P 中减去红外线频率围测得的极化，就等于 P A ， 在实验上，若把频率提高到可见光围，则原子极化也可以忽略，则在可见光 围: A =P -( P e +P a ) e P - P (5) 2.2 摩尔极化度的计算
稀溶液法测定偶极矩实验报告
结构化学实验报告 题目：稀溶液法测定偶极矩 报告作者： 学号： 班级： 指导老师： 实验时间：2016年11月21日
稀溶液法测定偶极矩 一、【实验目的】 1. 掌握溶液法测定偶极矩的主要实验技术 2. 了解偶极矩与分子电性质的关系 3. 测定乙酸乙酯的偶极矩 二、【实验原理】 1．偶极矩与极化度 分子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。由于空间构型的不同，其正负电荷中心可能重合，也可能不重合。前者称为非极性分子，后者称为极性分子。 1912年德拜提出“偶极矩”的概念来度量分子极性的大小，其定义式为 qd =→ μ ① 式中，q 是正负电荷中心所带的电量；d 为正负电荷中心之间的距离；→ μ是一个矢量，其方向规定为从正到负。因分子中原子间的距离的数量级为10-10m ，电荷的数量级为10-20C ，所以偶极矩的数量级是10-30C ·m 。 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，可以用来鉴别几何异构体和分子的立体结构等。 极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩指向某个方向的机会均等。所以偶极矩的统计值等于零。若将极性分子置于均匀的电场E 中，则偶极矩在电场的作用下，趋向电场方向排列。这时称这些分子被极化了。极化的程度可以用摩尔转向极化度P μ来衡量。P μ与永久偶极矩μ的平方成正比，与绝对温度T 成反比。 kT 9μ πN 4P A μ= ② 式中，k 为波兹曼常数；NA 为阿弗加德罗常数；T 为热力学温度；μ为分子的永久偶极矩。 在外电场作用下，不论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，分子骨架也会发生形变。这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，即电子极化度P e 和原子极化度P a ，因此 P 诱导 = P e + P a ③ 如果外电场是交变场，极性分子的极化情况则与交变场的频率有关。当处于频率小于1010H Z 的低频电场或静电场中，极性分子所产生的摩尔极化度P 是转向极化、电子极化和原子极化的总和。 P = P μ+ P e +P a ④ 如何从测得的摩尔极化度P 中分别出P μ的贡献呢？介电常数实际上是在107H Z 一下的频率测定的，测得的极化度为 P μ+ P e +P a 。若把频率提高到红外范围，分子已经来不及转向，此时测得的极化度只有P e 和P a 的贡献了。所以从按介电常数计算的P 中减去红外线频率范围测得的极化，就等于P μ，在实验上，若把频率提高到可见光范围，则原子极化也可以忽略，则在可见光范围：