一、实验目的
1．用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩。
2．了解用溶液法测定偶极矩的原理、方法和计算，并了解偶极矩与分子电性质的关系。 二、实验原理 分子电偶极矩（简称偶极矩μ）是用来描述分子中电荷分布情况的物理量，分子中正、负电荷中心不重合的分子称为极性分子，分子极性的大小用偶极矩来衡量，偶极矩的定义为正、负电荷中心间的距离d 与电荷量q 的乘积： μ=q d
（1）
μ为向量，其方向规定为从正到负，数量级是10-30C x 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，分子的对称性，以及判别几何异构体和分子的立体结构等。
无论是极性分子还是非极性分子，在外电场的作用下，均会发生极化。其极化的大小用分子极化率来衡量，它等于定温时单位电场强度下的平均偶极矩。对于极性分子，则有：
α=α原子+α电子+α取向
（2）
α原子和α电子分别称为原子极化率和电子极化率，其中α原子+α电子又称为变形极化率，而α取向为取向极化率，且有：
α取向=
kT
32
μ
（3）
式中：μ──分子的永久偶极矩；k ──玻尔兹曼常数；T ── 热力学温度。
由克劳修斯-莫索第-德拜方程，分子极化率α与电介质的介电常数ε和ρ之间的关系为：
kT
N N N N M P A A A A 2
9434343
4
21μπαπαπαπρεε••+•=
•=•+−=+电子原子
（4）
或简单地表示为：
P =P 原子+P 电子+P 取向 （5）
式中：P ──摩尔极化度，即单位场强下，1摩尔电介质的体积内偶极矩之和；N A ──阿佛加德罗常数；
M ──摩尔质量；ρ──密度。必须注意（4）式和（5）式只有在低频电场（频率<1010s -1）才成立。若在高频电场（频率ν>1015s -1，即可见光及紫外光区）时，则P 原子 , P 取向均为零，只有P 电子一项，且ε=n 2（n 为电介质的折光率），所以：
电子电子
απρ•=•+−=≈=A N M n n P R P 3
4
212
2 （6）
式中：R ──摩尔折射度（在高频电场测得的极化度，习惯上用摩尔折射度来表示）。
若把（5）和（6）两式相减，并忽略贡献较小的P 原子一项不计，则得到：
P 取向=P-R=kT
N A 942
μπ•
（7）
这样，只要分别测出P 及R ，就可以用（7）式来计算分子的偶极矩。
值得注意，式（5）和式（6）都是忽略分子间相互作用力的前提下推导出用该式计算将产生较大误差，为消除极性分子的相互作用一般采用溶液法，即将被测物质（极性物质）溶于非极性溶剂之中，配成几种不同浓度的稀溶液，该二元稀溶液的摩尔极化度P 12 可由德拜公式计算：
P M x M x P x P x 1212121122
12
112212=
−+••+•=•+•εερ （8）
式中：下标“12”表示溶液，下标“1”表示溶剂，下标“2”表示溶质（即被测物质）。χ为摩尔分数。而M x M x 1122
12
•+•ρ恰好是溶液的平均摩尔体积，记为~
V 12,
同样有
M V 1
1
1ρ=~。
因为：
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝⎛++=+−=
•+−=
kT N P V M P A 334~
2
12122111111μααπεερεε电子原子
（9）
（10）
所以：22111112121212334~21~21x kT N x V V P A ⎟⎟⎠⎞
⎜⎜⎝
⎛+++••+−=•+−=μααπεεεε电子原子 （11）
同理：R n n V n n V x N x A 12122
122
121212112121243
=−+•=−+••+••~~πα电子 （12） （11）与（12）二式相减，并忽略原子一项，可得：
22
11212111121294~2121x kT N x V n n R P A ••+•⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝⎛+−−+−=−μπεε （13） 因为是稀溶液，所以~~
V V x 1211≈•，即
22
12212111122122
12121294~2121~2121x kT N V n n V n n A ••+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝⎛+−−+−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+−−+−μπεεεε （14） 两边除以~
V 12，并将χ2转换成摩尔浓度c 2(mol/L)则得：
（15）
这样，我们只要在实验中测得三套数据：c 2,ε12,n 12，并以 εε1212122
12
2
1212−+−−+⎛⎝⎜⎞⎠⎟n n 对c 2作图，利用最小二乘法拟合这一直线，其斜率为：
tg N kT
A θπμ=ו−410932
（16）
因而得：
)
(405.0)(10405.0(10405.010*******
Debyes tg T m c tg T tg T tg T N k
A θθθθπμ•=••×=••×=••×=
−−−厘米）静库（17）
（15）式和（17）式就是本实验用来测定和计算偶极矩的主要公式。
三、仪器和药品
阿贝折光仪，精密电容测量仪，吸耳球，干燥器，容量瓶（50ml ），烧杯，移
液管，滴管
环己烷（A.R.），乙酸乙酯（A.R.）。
四、操作步骤
1、配制溶液 配制浓度分为0.200, 0.400, 0.600, 0.800, 1.000 (mol/L)的乙酸乙酯的环己烷溶液各50ml 。为了配制方便，先计算出所需乙酸乙酯的毫升数，移液，然后称量配制，算出溶液的正确浓度。操作时注意防止溶液的挥发和吸收极性较大的水汽。
2、测定折光率 用阿贝折光仪分别测定环己烷及各个浓度的溶液的折光率。每个样品测两次，取平均值。
介电常数测量3、测定溶液的介电常数（ε） 因为ε=C 介/C 0，式中C 0为极板间真空时的电容， C 介为极板间充满电介质时的电容，所以ε是通过C 介的测定而求得的。由于空气的电容（C 空）与C 0几乎相等，因此ε也可近似表示为：
ε=
C C 介空
（1）C 空和C 分的测定 由于在电容测量仪上读得的电容值′C 测实为C 介及整个测试系统中分布电容C 分之和，即′C 测=C 介+C 分 因此，必须先求出C 分值并在以后各次测量中予以扣除，才能得到所需要的C 介。测求C 分的方法为：用一已知介电常数ε的标准物质，测得电容′C 标。则：
′C 标=C 标+C 分
同法测得：
′C 空=C 空+C 分
两式相减得：
′C 标-′C 空=C 标－C 空=ε标C 空-C 空
故： C C C 空标空=
′−′
−ε1
将测得的′C 空、′C 标和已知ε标值代入上式，即可求得C 空和C 分的值。
本实验采用环己烷作为标准物质，其ε为：
ε环己烷=2.052-1.55×10-3t
图1 分布电容附加在被测电容C 介上
式中：t 为测定时的温度(℃)；′C 空及′C 标的测定应重复两次，其差值不得超过0.05pF.
（2）溶液电容的测定 依次测定所配各种浓度的溶液的电容值C 12（注意减去 C 分）。加样2.5mL ，操作时动作要迅速，加样后要盖紧电容池的盖子，再次测量电容前必须用电吹风或吸耳球将电容池两极间的空隙吹干（用′C 空值进行检查是否吹干，其差值不得超过0.02pF ）。
五、实验记录与数据处理
实验体系：乙酸乙酯的环己烷溶液 实验室温度 测定溶液温度
大气压
′C 空 C 空 C 分
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