实验 40 分子介电常数和偶极矩的测定预习要求1. 分子的介电常数和偶极矩的概念。2. 小电容测量仪，阿贝折射仪和比重瓶的使用方法及注意事项。实验目的1. 掌握溶液法测定分子介电常数和偶极矩的原理与方法。2. 掌握测定液体电容的原理与技术实验原理1. 偶极矩与摩尔极化率分子结构可以近似地看作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、负电荷中心可以使重合的，也可以不重合。前者称为非极性分子，后者称为极性分子。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3-30 所示。其定义为（3-80）式中： q—— 正（负）电荷中心所带的电荷量；d—— 正、负电荷中心之间的距离。对于同一个分子， d 的大小与分子的极化率有关。偶极矩μ 是一个矢量，其方向规定为从正到负。因分子中原子间距离的数量级为10-10 m，电荷的数量级为 10-20 C（库伦），所以偶极矩的数量级是10-30 C·m。在电场作用下， 分子不管有无极性， 都可以被电场极化。 分子在电场作用下的极化可分为三种：电子极化、原子极化和取向极化，分别用P 电子、P 原子和 P 取向表示，极化的程度可以用摩尔极化率P 表示。在静电场或低频电场中，摩尔极化率P 低频等于三项之和：（3-81）在高频（υ≥1015 s-1）电场中，由于极性分子的转向运动跟不上电场频率变化，P 取向=0，而原子极化率P 原子仅为电子极化率P 电子的 5 %~10 %，则（3-82）由玻尔兹曼（ Boltzmann）分布证明：（3-83）式中： L—— 阿伏伽德罗常量（ 6.022×1023 mol-1）；k—— 玻尔兹曼常量（ 1.3806×10-23 J· K-1）；T—— 热力学温度；μ—— 分子的永久偶极矩。因此，只要测得在低频及高频电场中的摩尔极化率，就可以根据式（3-83）求出 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. 摩尔极化率与介电常数依据克劳修斯 -莫索第 -德拜（ Clausius-Mosotti-Debye）方程，对于分子间不存在相互极化的系统，有式中： P—— 气态物质分子在静电场或低频电场作用下的摩尔极化率。而实际上，为避免物质在气态时测量的困难，常将极性溶质溶解在非极性溶剂中配成无限稀的溶液。在无限稀的溶液中，极性溶质的摩尔极化率P 用代替，即（3-84）对于无限稀溶液，溶液的介电常数ε、溶液的密度 ρ 及溶质的摩尔分数的关系可以近似表示为（3-85...
