文档介绍：试验40 分子介电常数和偶极矩测定
预****要求
分子介电常数和偶极矩概念。
小电容测量仪，阿贝折射仪和比重瓶使用方法及注意事项。
试验目标
掌握溶液法测定分子介电常数和偶极矩原理和方法。
掌握测定液体电容原理和技术
试验原理
偶极矩和摩尔极化率
分子结构能够近似地看作由电子云和分子骨架（原子核及内层电子）所组成。因为其空间构型不一样，其正、负电荷中心能够使重合，也能够不重合。前者称为非极性分子，后者称为极性分子。
19德拜（Debye）提出“偶极矩”μ概念来度量分子极性大小，图3-30所表示。
其定义为
μ=q∙d （3-80）
式中：q——正（负）电荷中心所带电荷量；
d——正、负电荷中心之间距离。
对于同一个分子，d大小和分子极化率相关。偶极矩μ是一个矢量，其方向要求为从正到负。因分子中原子间距离数量级为10-10 m，电荷数量级为10-20 C（库伦），所以偶极矩数量级是10-30 C·m。
在电场作用下，分子不管有没有极性，全部能够被电场极化。分子在电场作用下极化可分为三种：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，极化程度能够用摩尔极化率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：
P低频=P电子+P原子+P取向（3-81）
在高频（υ≥1015 s-1）电场中，因为极性分子转向运动跟不上电场频率改变，P取向=0，而原子极化率P原子仅为电子极化率P电子5 %~10 %，则
P低频-P高频=P取向（3-82）
由玻尔兹曼（Boltzmann）分布证实：
P取向=43πLμ23kT=49πLμ2kT （3-83）
式中：L——阿伏伽德罗常量（×1023 mol-1）；
k——玻尔兹曼常量（×10-23 J·K-1）；
T——热力学温度；
μ——分子永久偶极矩。
所以，只要测得在低频及高频电场中摩尔极化率，就能够依据式（3-83）求出μ。经过测定偶极矩，能够了解分子中电子云分布和分子对称性，判定几何异构体和分子立体结构。
摩尔极化率和介电常数
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系统，有
P=P低频=ε-1ε+2∙Mp
式中：P——气态物质分子在静电场或低频电场作用下摩尔极化率。
而实际上，为避免物质在气态时测量困难，常将极性溶质溶解在非极性溶剂中配成无限稀溶液。在无限稀溶液中，极性溶质摩尔极化率P用PB∞替换，即
PB∞=ε-1ε+2∙Mp （3-84）
对于无限稀溶液，溶液介电常数ε、溶液密度ρ及溶质摩尔分数xB关系能够近似表示为
ε=εA(1+k1xB) （3-85）
ρ=ρA(1+k2xB) （3-86）