什么是偶极矩？

正、负电荷中心间的距离r和电荷中心所带电量q的乘积，叫做偶极矩μ=r×q。它是一个矢量，方向规定为从负电荷中心指向正电荷中心。偶极矩的单位是D（德拜）。根据讨论的对象不同，偶极矩可以指键偶极矩，也可以是分子偶极矩。分子偶极矩可由键偶极矩经矢量加法后得到。实验测得的偶极矩可以用来判断分子的空间构型。

基本介绍

同属于AB2型分子，CO2的μ=0，可以判断它是直线型的；H2S的μ≠0，可判断它是折线型的。可以用偶极矩表示极性大小。键偶极矩越大，表示键的极性越大；分子的偶极矩越大，表示分子的极性越大。

[偶极矩的测定]

偶极矩的测定

编辑本段分析说明

两个电荷中，一个电荷的电量与这两个电荷间的距离的乘积。可用以表示一个分子中极性的大小。如果一个分子中的正电荷与负电荷排列不对称，就会引起电性不对称，因而分子的一部分有较显著的阳性，另一部分有较显著的阴性。这些分子能互相吸引而成较大的分子。例如缔合分子的形成，大部分是由于氢键，小部分就是由于偶极矩。 偶极矩用μ表示:μ=q*d。单位为D（Debye.德拜）

偶极矩(9张)

编辑本段偶极矩测定

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。前者称为非极性分子，后者称为极性分子，分子极性大小用偶极矩μ来度量，偶极矩定义为：

μ=q·d .......①

式中，q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）。

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

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，则②式可写成： P= P转向+ P电子 .只要在低频电场（ν）或静电场中测得P；在ν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。这样可求得P转向，再计算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。

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。

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摩尔极化度；在可见光下测定溶液的摩尔折射度，然后计算正丁醇的偶极矩。

距离为l，电量为±q的两个点电荷构成一个电偶极子,用电偶极矩（简称偶极矩）μ＝ql来表征。偶极矩是一个向量，方向规定从负电荷指向正电荷。一组点电荷{qi}的偶极矩由下式计算：,式中ri是从坐标原点到电荷qi的径矢。正负电荷中心不重合的分子称为极性分子,可以抽象地看成一个偶极子,用它的偶极矩来度量其极性的大小。分子偶极矩中原子核电荷的贡献为,qα和rα分别为核a的电荷及其径向量；电子的贡献为，其中ρ(r)是空间r点的电子电荷密度。总偶极矩。偶极矩用库·米作单位。

在外电场存在时分子的电子电荷密度和核几何构型偏离其平衡位置，称为变形极化，由此产生的偶极矩称诱导偶极矩μi，其大小与外加有效电场强度E成正比：，式中比例系数α称为分子的极化率；ε0为真空介电常数。

在外电场存在下,一个偶极子的势能为:V＝-μ·E＝-μE cosθ，式中θ是E和μ之间的夹角。极性分子虽然有永久偶极矩,但由于热运动，偶极矩的取向是紊乱的,在没有外加电场存在时宏观物体中分子的平均偶极矩为零。当加上外电场后，偶极子沿电场强度方向择优取向，根据玻耳兹曼定律可以求得分子由于转向产生的平均偶极矩μt为：,式中k为玻耳兹曼常数，T为热力学温度。于是在外电场存在时分子的总平均偶极矩μa为：，式中μi为诱导偶极矩。若单位体积内有N个分子,则在电场存在下它的表观偶极矩为。P又称为介质的极化强度向量。通常定义摩尔极化率为：式中NA为阿伏伽德罗数。 PM与介质的介电常数ε有直接的关系, ,式中Μ、d分别为介质的分子量和密度。上式称为克劳修斯－莫索提－德拜方程式，它给出一种测定分子的极化率和永久偶极矩的方法：在不同温度下测定介质的介电常数和密度，求出PM与温度的关系，就可以由PM对1/T作图得到的直线的截距和斜率求出α和μ的数值。

实验资料证明：如果给分子的每个化学键和基团指定适当的偶极矩，则分子的偶极矩近似等于它的各个键偶极矩和基团偶极矩的矢量和。例如CH3Cl的偶极矩近似等于三个C—H键偶极矩和一个C—Cl键偶极矩的矢量和，或者一个CH3基团偶极矩和一个C—Cl键偶极矩的矢量和。利用这种方法可以近似计算几何结构已知的分子的偶极矩。反过来，根据测定的偶极矩可以区别分子异构体或推断分子的几何构型。例如二氯乙烯有两个异构体，沸点分别为60.3℃和47.5℃。前者的偶极矩不等于零，而后者等于零，由此可以判断前者为顺式异构体，而后者为反式异构体。

一个偶极子在远离其中心R 处产生的电势为 ，式中γ为μ和r之间的夹角。因此极性分子与其周围分子之间存在偶极相互作用。这种作用影响物质的许多性质，例如使沸点升高。高极性分子组成的液体的介电常数大,是离子型化合物的良好溶剂,因为它一方面通过离子－偶极作用产生溶剂化离子，一方面减弱正负离子间的库仑引力，两者都有助于组成化合物的离子分散到溶剂中去。

极化（polarization），

指事物在一定条件下发生两极分化，使其性质相对于原来状态有所偏离的现象。如分子极化(偶极矩增大)、光之极化(偏振)、电极极化等。

偶极子

等强度的一个点源和一个点汇，令其无限接近并保持其强度和距离的乘积为常数的一种极限流动。

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