文档介绍：;
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一、实验目的

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。
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)。<br****惯使用的单位是德拜(D),1D=×10-30C·m。
二、基本原理
,非极性分子虽因振动,正负电荷中心可能发生相对位移而产生瞬时偶极矩,但宏观统计平均的结果,实验测得的偶极矩为零。
讨论:
,由于分子热运动的影响,偶极矩在空间各个方向的取向几率相等,偶极矩的统计平均值仍为零,即宏观上亦测不出其偶极矩。
,则偶极矩在电场的作用下,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。
,与绝对温度T成反比:
NA为阿佛加德罗(Avogadro)常数;
K为玻耳兹(Boltzmann)常数;
T为热力学温度。
,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,称为诱导极化。极化的程度用摩尔极化度P来度量。
诱导极化
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。
P电子:电子云的变形;
P原子:原子核骨架的变形;
P转向:永久偶极在电场中的取向。
,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。
讨论:
~1014s-1的中频(红外频率)时,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P转动=0,此时极性分子的摩尔极化度等于摩尔诱导极化度。当交变电场的频率进一步增加到>1015s-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P电子。
,只要在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度,在红外频率下测得极性分子的摩尔诱导极化度,两者相减得到极性分子摩尔转向极化度,然后就可算出极性分子的永久偶极矩来。
、莫索和德拜从电磁场理论得到了摩尔极化度与介电常数ε之间的关系式:
M为被测物质的分子量;
d为该物质在TK下的密度;
ε可以通过实验测定。
此公式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。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P2,∞,就可以看作为P。
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,在同一频率的高频电场作用下,透明物质的介电常数与折射率的关系为:<br****惯上用摩尔折射率R2,来表示高频区测得的极化度
在稀溶液情况下,还存在近似公式:
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