अब एक अणु पर विचार करें जिसमें एक स्थायी द्विध्रुवीय क्षण हो, जैसे कि पानी। विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में, अलग-अलग द्विध्रुव अलग-अलग दिशाओं में इंगित करते हैं, जिससे प्रति इकाई आयतन का कुल क्षण शून्य हो जाता है। लेकिन अगर एक विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो दो चीजें तुरंत होती हैं: पहला, इलेक्ट्रॉनों पर कार्य करने वाले बलों के कारण एक अतिरिक्त द्विध्रुवीय क्षण प्रेरित होता है; यह हिस्सा उसी इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण की ओर जाता है जो हमने एक गैर-ध्रुवीय अणु के लिए पाया था। एक बहुत ही सटीक अध्ययन में, निश्चित रूप से, इस प्रभाव को ध्यान में रखा जाना चाहिए, लेकिन हम कुछ समय के लिए इसकी उपेक्षा करेंगे। (इसे हमेशा अंत में जोड़ा जा सकता है।) दूसरा, विद्युत क्षेत्र अलग-अलग द्विध्रुवों को पंक्तिबद्ध करता है, जिससे प्रति इकाई आयतन एक शुद्ध क्षण उत्पन्न होता है। यदि सभी द्विध्रुव गैस में पंक्तिबद्ध होते, तो ध्रुवीकरण बहुत बड़ा होता, लेकिन ऐसा नहीं होता। सामान्य तापमान और क्षेत्र की ताकत पर, थर्मल गति के दौरान अणुओं की टक्कर उन्हें ठीक से लाइन करने की अनुमति नहीं देती है। लेकिन कुछ संरेखण अभी भी होता है, और इसलिए थोड़ा ध्रुवीकरण होता है (चित्र 11.2)। परिणामी ध्रुवीकरण की गणना चैप में वर्णित सांख्यिकीय यांत्रिकी के तरीकों से की जा सकती है। 40 (अंक 4)।

आकृति। 11.2. ध्रुवीय अणुओं की एक गैस में, व्यक्तिगत क्षण बेतरतीब ढंग से उन्मुख होते हैं, एक छोटी मात्रा में औसत क्षण शून्य (ए) होता है; एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, औसतन अणुओं का कुछ संरेखण होता है (बी)।

इस विधि का उपयोग करने के लिए विद्युत क्षेत्र में द्विध्रुव की ऊर्जा को जानना आवश्यक है। एक विद्युत क्षेत्र में एक क्षण के साथ एक द्विध्रुवीय पर विचार करें (चित्र 11.3)। धनात्मक आवेश की ऊर्जा (1) है, और ऋणात्मक आवेश की ऊर्जा (2) है। यहाँ से हमें द्विध्रुव की ऊर्जा प्राप्त होती है

और के बीच का कोण कहाँ है। जैसा कि अपेक्षित था, ऊर्जा कम हो जाती है क्योंकि द्विध्रुव क्षेत्र के साथ ऊपर की ओर जाता है। अब, सांख्यिकीय यांत्रिकी के तरीकों का उपयोग करते हुए, हम यह पता लगाएंगे कि द्विध्रुव कितनी मजबूती से संरेखित होता है। इंच। 40 (अंक 4) हमने पाया कि तापीय संतुलन की स्थिति में संभावित ऊर्जा वाले अणुओं की सापेक्ष संख्या के समानुपाती होती है

स्थिति के फलन के रूप में स्थितिज ऊर्जा कहाँ है। उन्हीं तर्कों का प्रयोग करते हुए, हम कह सकते हैं कि यदि कोण के फलन के रूप में स्थितिज ऊर्जा का रूप (11.14) है, तो प्रति इकाई ठोस कोण पर अणुओं की संख्या के समानुपाती होती है।

चित्र 11.3. क्षेत्र में द्विध्रुव की ऊर्जा है।

के बराबर कोण पर निर्देशित प्रति इकाई ठोस कोण में अणुओं की संख्या मानते हुए, हमारे पास है

. (11.16)

सामान्य तापमान और क्षेत्रों के लिए, घातांक छोटा होता है, और घातांक का विस्तार करके, हम अनुमानित व्यंजक का उपयोग कर सकते हैं

(11.17)

(11.17) सभी कोणों पर समाकलन करके ज्ञात कीजिए; परिणाम के बराबर होना चाहिए, अर्थात। प्रति इकाई आयतन में अणुओं की संख्या। सभी कोणों पर एकीकृत होने पर माध्य मान शून्य होता है, इसलिए समाकलन केवल पूर्ण ठोस कोण का गुणा होता है। हम पाते हैं

(11.17) से यह देखा जा सकता है कि क्षेत्र () की तुलना में अधिक अणु क्षेत्र () के साथ उन्मुख होंगे। इसलिए, कई अणुओं वाले किसी भी छोटे आयतन में, प्रति इकाई आयतन में कुल द्विध्रुवीय क्षण होगा, अर्थात। ध्रुवीकरण । गणना करने के लिए, आपको प्रति इकाई आयतन सभी आणविक क्षणों का सदिश योग जानना होगा। हम जानते हैं कि परिणाम के साथ निर्देशित किया जाएगा, इसलिए हमें केवल इस दिशा में घटकों को जोड़ना होगा (घटकों को लंबवत, शून्य के योग):

हम कोणीय वितरण को एकीकृत करके योग का अनुमान लगा सकते हैं। , के संगत ठोस कोण है ; यहां से

(11.19)

(11.17) से इसके व्यंजक के स्थान पर प्रतिस्थापित करने पर, हमारे पास है

,

जो आसानी से एकीकृत हो जाता है और निम्नलिखित परिणाम की ओर ले जाता है:

ध्रुवीकरण क्षेत्र के लिए आनुपातिक है, इसलिए ढांकता हुआ गुण सामान्य होंगे। इसके अलावा, जैसा कि हम उम्मीद करेंगे, ध्रुवीकरण तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है, क्योंकि उच्च तापमान पर, टकराव संरेखण को और अधिक तोड़ देता है। इस प्रकार की निर्भरता को क्यूरी नियम कहा जाता है। निरंतर क्षण का वर्ग निम्नलिखित कारणों से प्रकट होता है: किसी दिए गए विद्युत क्षेत्र में, संरेखण बल निर्भर करता है, और संरेखण के दौरान होने वाला औसत क्षण फिर से आनुपातिक होता है। औसत प्रेरित क्षण के समानुपाती होता है।

अब देखते हैं कि समीकरण (11.20) प्रयोग से कितनी अच्छी तरह सहमत है। चलो जलवाष्प लेते हैं। चूंकि हम नहीं जानते कि क्या बराबर है, हम सीधे गणना नहीं कर सकते हैं और, लेकिन समीकरण (11.20) भविष्यवाणी करता है कि इसे तापमान के साथ विपरीत रूप से बदलना चाहिए, और हमें इसे जांचना चाहिए ..) अंजीर में। 11.4 हमने मापा मूल्यों को के एक समारोह के रूप में प्लॉट किया है। सूत्र (11.21) द्वारा अनुमानित निर्भरता अच्छी तरह से संतुष्ट है।

चित्र 11.4. कई तापमानों पर जल वाष्प के ढांकता हुआ स्थिरांक का मापा मूल्य।

ध्रुवीय अणुओं की पारगम्यता की एक और विशेषता है - बाहरी क्षेत्र की आवृत्ति के आधार पर इसका परिवर्तन। इस तथ्य के कारण कि अणुओं में जड़ता का क्षण होता है, भारी अणुओं को क्षेत्र की दिशा में मुड़ने में एक निश्चित समय लगता है। इसलिए, यदि ऊपरी माइक्रोवेव बैंड से या उससे भी अधिक आवृत्तियों का उपयोग किया जाता है, तो पारगम्यता में ध्रुवीय योगदान कम होने लगता है, क्योंकि अणुओं के पास क्षेत्र का पालन करने का समय नहीं होता है। इसके विपरीत, इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण अभी भी ऑप्टिकल आवृत्तियों तक अपरिवर्तित रहता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन जड़ता छोटा होता है।

एक अणु (परमाणु, आयन) में तटस्थ और सकारात्मक और नकारात्मक रूप से आवेशित कण होते हैं। कण दो प्रकार के होते हैं - एक सममित आवेश वितरण (H 2, CH 4, C 6 H 6, आदि) और असममित (HX, CH 3 X, C 6 H 5 X: X - हलोजन, आदि) के साथ। ये गैर-ध्रुवीय और ध्रुवीय अणु हैं। एक ध्रुवीय अणु को द्विध्रुव या द्विध्रुव अणु भी कहा जाता है।

एक द्विपरमाणुक द्विध्रुवीय अणु में, परमाणुओं में से एक में ऋणात्मक आवेशों की अधिकता होती है, और दूसरे में धनात्मक आवेशों की समान अधिकता होती है। कुल चार्ज शून्य है। बहुपरमाणुक अणुओं में कुछ क्षेत्र अधिक धनात्मक और ऋणात्मक आवेश वाले होते हैं। हालाँकि, यहाँ भी कोई आवेश के दो केन्द्रों की कल्पना कर सकता है।

द्विध्रुवीय क्षण ( , C×m) आवेश ( , C ) और आवेशों के बीच की दूरी ( , m) का गुणनफल है:

द्विध्रुवीय क्षण को एक ऋणात्मक आवेश से धनात्मक आवेश की ओर निर्देशित सदिश के रूप में माना जाना चाहिए (रसायन विज्ञान में वे आमतौर पर विपरीत दिशा लेते हैं)। यदि एक अणु में कई परमाणु होते हैं, तो इसके द्विध्रुवीय क्षण को सदिश योग के रूप में परिभाषित किया जाता है:

सामान्य परिस्थितियों में, किसी पदार्थ में अणुओं के द्विध्रुवीय क्षण मनमाने ढंग से उन्मुख होते हैं और एक दूसरे को क्षतिपूर्ति करते हैं।

जब किसी पदार्थ को विद्युत क्षेत्र (एक संधारित्र या एक ध्रुवीय अणु, आयन, आदि द्वारा निर्मित) में रखा जाता है, तो ध्रुवीय अणु क्षेत्र की दिशा में स्वयं को उन्मुख करते हैं। इस स्थिति में अणुओं का कुल द्विध्रुव आघूर्ण > 0, इसे प्राच्य द्विध्रुव आघूर्ण कहते हैं।

जब दोनों ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय अणुओं को एक विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो आवेश एक दूसरे के सापेक्ष विस्थापित हो जाते हैं, जो एक प्रेरित (प्रेरित) द्विध्रुवीय क्षण बनाता है। इसे विकृति द्विध्रुव आघूर्ण कहते हैं।

विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत किसी पदार्थ के अणुओं के द्विध्रुव आघूर्ण की घटना कहलाती है कनेक्शन ध्रुवीकरण. यह अणुओं के विरूपण और अभिविन्यास द्विध्रुवीय क्षण का योग है।

एक अणु का विरूपण ध्रुवीकरणक्षेत्र शक्ति के समानुपाती होता है ( , V/m)। परिणामी प्रेरित द्विध्रुवीय क्षण संबंध द्वारा मात्रा से संबंधित है:

जिसमें आनुपातिकता के गुणांक ( , m 3) को अणु की विकृति ध्रुवणता कहते हैं। एक अणु की विरूपण ध्रुवीकरण क्षमता इलेक्ट्रॉनिक और परमाणु योगदान का योग है:

परमाणुओं और इलेक्ट्रॉनों के बाहरी विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत संतुलन की स्थिति से विस्थापन के कारण। एक अणु (परमाणु) के बाहरी इलेक्ट्रॉनों को नाभिक से जितना अधिक दूर किया जाता है, इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण उतना ही अधिक होता है। परमाणु नाभिक का विस्थापन, जो इलेक्ट्रॉनों की तुलना में भारी होता है, छोटा होता है और इसकी मात्रा लगभग 5 से 10% होती है।

यौगिक का अभिविन्यास ध्रुवीकरण -एक विद्युत क्षेत्र में ध्रुवीय अणु बल की क्षेत्र रेखाओं के साथ उन्मुख होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप न्यूनतम संभावित ऊर्जा के अनुरूप सबसे स्थिर स्थिति लेने का प्रयास होता है। इस घटना को ओरिएंटल ध्रुवीकरण कहा जाता है और यह ओरिएंटल ध्रुवीकरण नामक राशि से ध्रुवीकरण में वृद्धि के बराबर है:

कहाँ पे कबोल्ट्जमान स्थिरांक है, J/K;

टी-निरपेक्ष तापमान, के.

ओरिएंटल ध्रुवीकरण आमतौर पर झुकने वाले ध्रुवीकरण की तुलना में अधिक परिमाण का एक क्रम है। यह समीकरण (43) का अनुसरण करता है जो बढ़ते तापमान के साथ घटता है, क्योंकि थर्मल गति अणुओं के उन्मुखीकरण को रोकती है।

एक अणु की कुल ध्रुवीकरण तीन मात्राओं का योग है:

. (44)

ध्रुवीकरण की मात्रा का आयाम है और इसे एम 3 में व्यक्त किया गया है।

किसी पदार्थ का कुल ध्रुवीकरण (मोलर ध्रुवीकरण, एम 3 / मोल) डेबी समीकरण द्वारा किसी पदार्थ की सापेक्ष पारगम्यता से संबंधित है:

, (45)

पदार्थ का दाढ़ द्रव्यमान कहाँ है, g/mol;

इसका घनत्व है, g/m3;

माध्यम का आपेक्षिक परावैद्युत नियतांक है।

पूर्ण ध्रुवीकरण केवल एक स्थिर क्षेत्र और कम आवृत्ति वाले क्षेत्र में देखा जाता है। उच्च-आवृत्ति वाले क्षेत्र में, द्विध्रुव के पास स्वयं को उन्मुख करने का समय नहीं होता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, अवरक्त विकिरण के क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनिक और परमाणु ध्रुवीकरण होता है, और दृश्य विकिरण के क्षेत्र में, केवल इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण होता है, क्योंकि केवल सबसे हल्के कण, इलेक्ट्रॉन, क्षेत्र दोलनों की उच्च आवृत्ति के कारण विस्थापित होते हैं। गैर-ध्रुवीय पदार्थों के लिए, प्राच्य ध्रुवीकरण शून्य है।

अपवर्तन

पारदर्शी गैर-ध्रुवीय पदार्थों के लिए मैक्सवेल का विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत संबंध की ओर ले जाता है:

अपवर्तनांक कहाँ है (ध्रुवीय पदार्थों के लिए)। समीकरण (46) को समीकरण (45) में प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

. (47)

मात्रा को पदार्थ का आणविक अपवर्तन कहा जाता है।

यह समीकरण (47) से निम्नानुसार है कि मात्रा आर, किसी पदार्थ के अपवर्तनांक के रूप में परिभाषित, उसके अणुओं के इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण के माप के रूप में कार्य करता है। सामान्यतया, अपवर्तक सूचकांक एनविकिरण तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है, और समानता l = के लिए सख्ती से मान्य है। एक्सट्रपलेशन एनको नहींआमतौर पर कॉची सूत्र के अनुसार किया जाता है:

एन = एन¥ + बी / एल।(48)

स्थिरांक बीऔर नहींमापने द्वारा निर्धारित एनदो भिन्न l के लिए, उदाहरण के लिए l एफऔर मैं सीहाइड्रोजन स्पेक्ट्रम की रेखाएँ। ज्यादातर मामलों में, यह निर्धारित नहीं है रू, ए आर डीनापने के जरिए रापीले रंग के लिए डीसोडियम लाइनें।

भौतिक और रासायनिक अध्ययनों में, विशिष्ट अपवर्तन का भी उपयोग किया जाता है:

. (49)

अपवर्तन में किसी पदार्थ के एक निश्चित भाग से संबंधित आयतन का आयाम होता है:

विशिष्ट अपवर्तन - (सेमी 3 / जी);

आणविक - (सेमी 3 / मोल)।

लगभग, एक अणु को प्रभावी त्रिज्या के क्षेत्र के रूप में माना जा सकता है आर एमएक प्रवाहकीय सतह के साथ। इस मामले में:

तब समीकरण (47, 50) से हम प्राप्त करते हैं:

इस प्रकार, आणविक अपवर्तन अपने स्वयं के आयतन के बराबर होता है एन एपदार्थ अणु।

गैर-ध्रुवीय पदार्थों के लिए आर", ध्रुवीय पदार्थों के लिए आरओरिएंटल ध्रुवीकरण के मूल्य से कम।

जैसा कि समीकरण (47) से होता है, आणविक अपवर्तन केवल ध्रुवीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है और इसलिए यह तापमान और पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति पर निर्भर नहीं करता है। इस प्रकार अपवर्तन पदार्थ का अभिलक्षणिक नियतांक है।

अणुओं का द्विध्रुव आघूर्ण

अणुओं के विद्युत और चुंबकीय गुण

हाइड्रोजन बंध

हाइड्रोजन आबंध अंतःक्रिया के आणविक और रासायनिक बलों के बीच मध्यवर्ती है। यह अजीबोगरीब बंधन हाइड्रोजन परमाणु के बीच स्थापित होता है, जिसमें अन्य सभी परमाणुओं से विशिष्ट विशेषताएं होती हैं। अपने इलेक्ट्रॉन को एक बंधन बनाने के लिए, यह एक इलेक्ट्रॉन के बिना एक नाभिक (प्रोटॉन) के रूप में रहता है, अर्थात। एक कण के रूप में जिसका व्यास अन्य परमाणुओं के व्यास से हजार गुना छोटा होता है। इसके अलावा, इसमें इलेक्ट्रॉनों की अनुपस्थिति के कारण, H + आयन दूसरे परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल से प्रतिकर्षण का अनुभव नहीं करता है, बल्कि इसके द्वारा आकर्षित होता है। यह इसे अन्य परमाणुओं के करीब पहुंचने, उनके इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करने और यहां तक ​​​​कि उनके इलेक्ट्रॉन गोले में घुसपैठ करने की अनुमति देता है। अत: द्रवों में हाइड्रोजन आयन एक स्वतंत्र कण के रूप में परिरक्षित नहीं रहता, बल्कि अन्य पदार्थों के अणुओं से जुड़ा रहता है। पानी में, यह एच 2 ओ अणुओं के साथ बांधता है, हाइड्रोनियम आयन एच 3 ओ + बनाता है, अमोनिया अणु एनएच 4 + के साथ।

हाइड्रोजन बंधन, जैसा कि यह था, हाइड्रोजन परमाणु की दूसरी तरफ की संयोजकता है।

बांड की ताकत 20-30 kJ/mol

पानी और बर्फ की संरचना में हाइड्रोजन बॉन्ड बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

HO बंध की लंबाई सहसंयोजक = 0.99 A° है, हाइड्रोजन बंध की लंबाई 1.76 A° है।

जब बर्फ पिघलती है, तो हाइड्रोजन बांड नष्ट हो जाते हैं और गर्म होने पर विस्तार होता है। हाइड्रोजन बंधों के नष्ट होने से आयतन में कमी आती है और परिणामस्वरूप, पानी का घनत्व अधिकतम 4°C से होकर गुजरता है।

जब विद्युत आवेशों के गुरुत्वाकर्षण केंद्र एक अणु में मेल नहीं खाते हैं, तो विद्युत ध्रुव उत्पन्न होते हैं - धनात्मक और ऋणात्मक। ऐसे अणुओं को ध्रुवीय कहा जाता है। दो समान विपरीत आवेशों के निकाय को द्विध्रुव कहते हैं।

ध्रुवता का माप द्विध्रुव आघूर्ण m का मान है, जो आवेश q और दूरी l का गुणनफल है।

परिमाण के क्रम में, द्विध्रुवीय क्षण दूरी (10 -10 el.st.ed.´ 10 -8 सेमी) से गुणा किए गए इलेक्ट्रॉन चार्ज के बराबर है, जो 10-18 el.st.ed.cm है ​​और 1 के बराबर है अलविदा।

यदि एक अणु में कई ध्रुवीय बंधन होते हैं, तो कुल क्षण व्यक्तिगत बंधनों के द्विध्रुवीय क्षणों के सदिश योग के बराबर होता है

किसी बाह्य विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में अणुओं में होने वाले विभिन्न परिवर्तन ध्रुवण कहलाते हैं। ओरिएंटल, परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण हैं।

ओरिएंटेशनल ध्रुवीकरण बाहरी विद्युत क्षेत्र की दिशा के अनुसार अंतरिक्ष में ध्रुवीय अणुओं के उन्मुखीकरण का प्रतिनिधित्व करता है। बढ़ते तापमान के साथ, ओरिएंटल ध्रुवीकरण कम हो जाता है।

परमाणु ध्रुवीकरण से तात्पर्य उन परमाणुओं के सापेक्ष विस्थापन से है जो अणु बनाते हैं। यह ऋणात्मक ध्रुव के सापेक्ष धनावेशित नाभिक के विस्थापन की विशेषता है।

इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण के साथ, इलेक्ट्रॉनों को परमाणु के नाभिक के सापेक्ष विस्थापित किया जाता है।

परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण तापमान पर निर्भर नहीं करते हैं। इलेक्ट्रॉनिक, परमाणु और ओरिएंटल ध्रुवीकरण के योग को कुल या दाढ़ ध्रुवीकरण कहा जाता है।

आर \u003d आर ए + आर ई + आर सेशन \u003d आर सेशन + आर डी

आर डी \u003d आर ए + आर ई

परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण के योग को विरूपण ध्रुवीकरण कहा जाता है।

जब अणु विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के साथ बातचीत करते हैं, विशेष रूप से दृश्य प्रकाश (एल = 4000-8000 ए) के साथ, परमाणु और ओरिएंटल ध्रुवीकरण उत्पन्न नहीं होते हैं, क्योंकि परमाणुओं के पास उसी गति से चलने का समय नहीं होता है जैसे प्रकाश कंपन होता है। इलेक्ट्रॉन प्रकाश कंपन पर प्रतिक्रिया करते हैं। इस मामले में, दाढ़ ध्रुवीकरण केवल इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण के बराबर है और इसे दाढ़ अपवर्तन कहा जाता है

मोलर अपवर्तन में योगात्मक गुण होते हैं और यह किसी दिए गए पदार्थ का एक विशिष्ट स्थिरांक है।

अपवर्तन की योज्यता का उपयोग कार्बनिक अणुओं की संरचना को स्पष्ट करने के लिए किया जाता है।

R m = n Ri , जहाँ n परमाणुओं की संख्या है

री - दाढ़ अपवर्तन की वृद्धि

सीएच 3-सीएच 2-कूह - प्रोपियोनिक एसिड

आर एम \u003d 3आरसी + 6 आरएन + रो-हाइड्रॉक्स + रो-कार्बोक्स =

3×2.418 + 6×1.10 + 1.325 + 2.211 = 17.59 cm3/g-at

अनुभव 17.68 सेमी 3/जी-एट देता है।

अपवर्तनांक, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, परमाणुओं, अणुओं और आयनों के ध्रुवीकरण पर निर्भर करता है। इसलिए, किसी पदार्थ की विद्युत विशेषताओं का अध्ययन एक अणु में आवेशों के वितरण के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करता है और किसी पदार्थ की विद्युत विषमता के कारण उसके कुछ गुणों को स्थापित करना संभव बनाता है।

आइए, एक अणु में द्विध्रुव आघूर्ण के घटित होने की प्रकृति से संबंधित कुछ प्रश्नों पर विचार करें।

ध्रुवीकरण और द्विध्रुवीय क्षण

कोई भी अणु धनात्मक आवेशित नाभिक और ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों का एक संग्रह है। +e के बराबर कुल चार्ज के साथ, सभी इलेक्ट्रॉनों का चार्ज -e के बराबर होगा।

यदि अंतरिक्ष में नाभिक और इलेक्ट्रॉनों का वितरण ऐसा है कि सकारात्मक और नकारात्मक आवेशों के "गुरुत्वाकर्षण" के केंद्र मेल नहीं खाते हैं, तो अणु में एक निरंतर द्विध्रुवीय क्षण होता है:

जहाँ l विद्युत आवेशों के केंद्रों के बीच की दूरी है।

ऐसा अणु ध्रुवीय होता है। एक अणु की ध्रुवता का माप द्विध्रुव आघूर्ण का परिमाण है, जिसे डेबीज (D) में व्यक्त किया जाता है:

डी = 3.33564 10?30 सी एम

द्विध्रुव आघूर्ण एक सदिश राशि है। सदिश ">" की दिशा ऋणात्मक ध्रुव से धनात्मक की ओर चुनी जाती है। रासायनिक साहित्य में, हालांकि, विपरीत दिशा पारंपरिक रूप से ली जाती है, अर्थात "+" से "?"।

यदि सरल पदार्थों के द्विपरमाणुक अणुओं में, अर्थात्, समान परमाणुओं से मिलकर, और उच्च समरूपता वाले जटिल पदार्थों के बहुपरमाणुक अणुओं में, विपरीत विद्युत आवेशों के "गुरुत्वाकर्षण" के केंद्र मेल खाते हैं (l \u003d 0), तो ऐसे अणु नहीं होते हैं एक स्थिर क्षण (m = 0) और अध्रुवीय हैं।

यदि किसी गैर-ध्रुवीय अणु को एक स्थिर विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, उदाहरण के लिए, एक संधारित्र द्वारा, तो इसका ध्रुवीकरण होता है, जो आवेशों के बहुआयामी विस्थापन (विरूपण ध्रुवीकरण) में व्यक्त किया जाता है। परमाणुओं के भारी नाभिक कुछ हद तक ऋणात्मक ध्रुव की ओर शिफ्ट होंगे, और नगण्य द्रव्यमान के इलेक्ट्रॉन आसानी से सकारात्मक ध्रुव की ओर शिफ्ट हो जाएंगे। नतीजतन, सकारात्मक और नकारात्मक आवेशों के "गुरुत्वाकर्षण" के केंद्र मेल नहीं खाएंगे, और अणु में एक प्रेरित (प्रेरित) द्विध्रुवीय दिखाई देगा, जिसका क्षण विद्युत क्षेत्र की ताकत के समानुपाती होता है:

एम इंड = बी डी ई, (11)

जहां ई अणु में आंतरिक विद्युत क्षेत्र की ताकत है [एल। कला। इकाइयों/सेमी 2 ; सी / सेमी 2]

बी डी - आनुपातिकता का गुणांक, जो दर्शाता है कि विद्युत क्षेत्र की ताकत एकता के बराबर होने पर कौन सा द्विध्रुवीय क्षण बनता है। जितना अधिक b D , अणु का ध्रुवीकरण उतना ही आसान होता है। गुणांक बी डी, जिसे विरूपण ध्रुवीकरण कहा जाता है, इलेक्ट्रॉनिक बी डी और परमाणु ध्रुवीकरण बी के योग के बराबर है:

बी डी = बी एल + बी पर (12)

परमाणु नाभिक से बाहरी (अधिक मोबाइल) वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को जितना दूर हटा दिया जाता है, अणु की इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण क्षमता उतनी ही अधिक होती है। चूँकि परमाणु नाभिक का विस्थापन नगण्य है (b at b el का 5-10% है) और इसे उपेक्षित किया जा सकता है, यह लगभग b D = b el होगा।

इस प्रकार, एक विद्युत क्षेत्र में, एक प्रेरित या, जैसा कि इसे एक प्रेरित द्विध्रुवीय क्षण कहा जाता है, के साथ एक द्विध्रुवीय बनता है।

यदि कोई ध्रुवीय अणु विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो दो प्रक्रियाएँ घटित होंगी। सबसे पहले, अणु क्षेत्र के साथ उन्मुख होगा, और दूसरी बात, "आवेश गुरुत्वाकर्षण के केंद्रों के बीच की दूरी बढ़ जाएगी, अणु के द्विध्रुवीय क्षण में वृद्धि होगी।"

इस प्रकार, एक विद्युत क्षेत्र में ध्रुवीय अणु, गैर-ध्रुवीय की तरह, विरूपण ध्रुवीकरण का अनुभव करते हैं। इसके अलावा, एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, वे खुद को बल की रेखाओं के साथ उन्मुख करते हैं, न्यूनतम संभावित ऊर्जा के अनुरूप एक स्थिर स्थिति लेने की कोशिश करते हैं। इस घटना, जिसे ओरिएंटल ध्रुवीकरण कहा जाता है, का एक अणु के ध्रुवीकरण में वृद्धि के बराबर प्रभाव होता है, जिसे ओरिएंटल ध्रुवीकरण कहा जाता है:

जहां k बोल्ट्जमान स्थिरांक है (1.380662(44) 10 −23 J/K);

T परम तापमान है, K.

इस प्रकार, अणु b की कुल ध्रुवीकरण तीन मात्राओं का योग है:

b = b el + b at + b op या b = b D + b op (14)

समीकरणों (11) और (12) से यह इस प्रकार है कि कुल ध्रुवीकरण b का आयतन [cm3 या A3] का आयाम होगा।

दाढ़ ध्रुवीकरण

एक विद्युत (विद्युत चुम्बकीय) क्षेत्र में, अणु ध्रुवीकृत होते हैं और तनाव की स्थिति उत्पन्न होती है, जो पदार्थ के ढांकता हुआ स्थिरांक (ई) के मूल्य की विशेषता होती है, जो कि कूलम्ब कानून के समीकरण में शामिल है और प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जा सकता है।

ढांकता हुआ पारगम्यता को मापकर, जो एक पूरे के रूप में पदार्थ की विशेषता है, यह निर्धारित करना संभव है, डाइलेक्ट्रिक्स के ध्रुवीकरण के सिद्धांत के अनुसार, क्लॉसियस-मोसोटी सूत्र से जुड़े इसके अणुओं के इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल पैरामीटर:

जहाँ N A अवोगाद्रो की संख्या है;

एम पदार्थ का आणविक भार है;

सी पदार्थ का घनत्व है, जी/एमएल।

पी एम - दाढ़ ध्रुवीकरण - एक मूल्य जो किसी पदार्थ के 1 मोल पर कब्जा करने वाले आयतन में प्रेरित क्षण के माप को दर्शाता है।

एक अणु के मोलर ध्रुवीकरण, द्विध्रुवीय क्षण और कुल ध्रुवीकरण एक दूसरे से डेबी समीकरण द्वारा संबंधित हैं, जो समीकरणों (12) - (14) से प्राप्त होता है:

डेबी समीकरण का उपयोग करके, ई, एम और सी के ज्ञात मूल्यों से बी और एम के मूल्यों की गणना की जा सकती है।

पदार्थों के अणुओं का ध्रुवीकरण जिनमें ई और पी के अपेक्षाकृत बड़े मूल्य होते हैं (उदाहरण के लिए, एच 2 ओ, एचसीएन, एचसीएल) तापमान पर निर्भर करता है, जैसे-जैसे यह बढ़ता है। ऐसे पदार्थों के अणु, जिनमें आवेश सममिति का केंद्र नहीं होता है, स्थायी द्विध्रुव होते हैं। उनके लिए, डेबी समीकरण में दाढ़ ध्रुवीकरण 1/T के रैखिक कार्य के रूप में व्यक्त किया जाता है:

एम \u003d 0 वाले पदार्थों में सममित अणु होते हैं (उदाहरण के लिए, ओ 2, सीओ 2, सीएस 2, कई हाइड्रोकार्बन के अणु)। विद्युत क्षेत्र में ऐसे अणुओं में एक प्रेरित द्विध्रुव आघूर्ण उत्पन्न होता है। इस प्रकार के अणुओं का ध्रुवीकरण तापमान पर निर्भर नहीं करता है (चित्र 3)।

स्थायी द्विध्रुवीय अणुओं (सीधी रेखा a; चित्र 3) के मामले में, कोटि खंड OA = a ध्रुवीकरण का मान निर्धारित करता है b, और tgv = b - द्विध्रुवीय क्षण का मान m

अणुओं का पूर्ण ध्रुवीकरण या तो स्थिर विद्युत क्षेत्र में या कम आवृत्ति वाले विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में देखा जा सकता है, लेकिन उच्च आवृत्ति क्षेत्र में नहीं, जहां द्विध्रुव के पास खुद को उन्मुख करने का समय नहीं होता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, कम आवृत्ति वाले अवरक्त विकिरण के क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनिक और परमाणु ध्रुवीकरण दोनों होते हैं, और दृश्य प्रकाश के उच्च आवृत्ति वाले क्षेत्र में, केवल इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण होता है (पी एल = 4/3 पीएन ए बी एल), क्योंकि उच्च-आवृत्ति कंपनों के साथ, केवल बहुत हल्के कणों - इलेक्ट्रॉनों - के पास चलने का समय होता है। गैर-ध्रुवीय पदार्थों के लिए: पी ओपी = 0 और पी = पी डी? आर ईएल.

चावल। 3. दाढ़ ध्रुवीकरण निर्भरता

वापसी तापमान से

ए - एक अणु के लिए, निरंतर द्विध्रुव;

बी - गैर-ध्रुवीय अणुओं के लिए।

आयनोव, दूसरे पर - polarizability.

कटियन की ध्रुवीकरण क्रिया।आयन की इलेक्ट्रॉनिक संरचना, आवेश के परिमाण और त्रिज्या पर निर्भर करता है। ध्रुवीकरण प्रभाव अधिक महत्वपूर्ण होगा, त्रिज्या जितना छोटा होगा, बाहरी इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स की मुख्य क्वांटम संख्या और चार्ज जितना बड़ा होगा।

उदाहरण के लिए:एक मजबूत ध्रुवीकरण प्रभाव आवर्त सारणी की पहली पंक्तियों के उद्धरणों की विशेषता है।

आयनों का ध्रुवीकरण।धनायनों के ध्रुवीकरण प्रभाव के समान कारकों पर निर्भर करता है। आयनों की त्रिज्या और आवेश जितना बड़ा होता है, उतना ही अधिक ध्रुवीकरण होता है।

धनायन का ध्रुवीकरण प्रभाव इलेक्ट्रॉन बादल को आयनों से दूर खींचना है। नतीजतन, सहसंयोजक की डिग्री बढ़ जाती है, बंधन की आयनिकता कम हो जाती है, अर्थात बंधन सहसंयोजक ध्रुवीय हो जाता है।

आयनों का ध्रुवीकरण एक सहसंयोजक बंधन के ध्रुवीकरण के प्रभाव के विपरीत है।

ध्रुवीकरण और इसके गुण

परिभाषा 2

polarizability- बाहरी विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत किसी पदार्थ की विद्युत द्विध्रुवीय क्षण प्राप्त करने की क्षमता। यह एक कण के इलेक्ट्रॉन बादल को दूसरे आयन के इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की कार्रवाई के तहत विकृत करने की क्षमता है। आयन की ध्रुवीकरण क्रिया इस क्षेत्र की तीव्रता को निर्धारित करेगी।

ध्रुवीकरण एक बाहरी विद्युत क्षेत्र की क्रिया के परिणामस्वरूप एक अणु की ध्रुवीय बनने की क्षमता की विशेषता है। यौगिक भी एक दूसरे पर अणुओं की क्रिया द्वारा ध्रुवीकृत होता है, उदाहरण के लिए, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान।

ध्रुवीकरण का परिणाम संचार में पूर्ण विराम हो सकता है। इस मामले में, परमाणुओं में से एक के लिए बाध्यकारी इलेक्ट्रॉन जोड़ी का संक्रमण होता है और विपरीत आयन बनते हैं। ऐसे आयनों के निर्माण के साथ असममित बंधन को तोड़ने को हेटेरोलाइटिक कहा जाता है:

चित्र 1।

ध्रुवीकरण के कारण हो सकता है:

विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत इलेक्ट्रॉनों या परमाणु नाभिक का विस्थापन;

अणु की ज्यामिति में परिवर्तन;

अणु का घूर्णन;

पड़ोसी मुक्त क्रिस्टलोग्राफिक स्थिति (स्कैनवी ध्रुवीकरण), आदि के लिए एक आयन का विस्थापन।

आयनों का ध्रुवीकरण आयन की इलेक्ट्रॉनिक संरचना, उसके आवेश और आकार पर निर्भर करता है। आवर्त प्रणाली के प्रत्येक उपसमूह में, तत्व आयनों की ध्रुवीकरण क्षमता उनके परमाणु क्रमांक में वृद्धि के साथ बढ़ती है।

आयनों का ध्रुवीकरण प्रभाव अधिक महत्वपूर्ण है:

आयन का इलेक्ट्रॉन खोल अधिक स्थिर होता है;

अधिक शुल्क;

छोटे आयन त्रिज्या।

ध्रुवीकरण बढ़ जाता है:

एक अणु (परमाणु) के आकार में वृद्धि के साथ;

बढ़ती परमाणु संख्या के साथ;

परमाणु की उत्तेजना की आसानी में वृद्धि।

उदाहरण के लिए:ऑक्टेन हेक्सेन की तुलना में अधिक ध्रुवीकरण योग्य है क्योंकि इसमें अधिक इलेक्ट्रॉन होते हैं। लेकिन हेक्साडीन भी हेक्सेन की तुलना में अधिक ध्रुवीकरण योग्य होगा, जो कि हेक्साडीन में मोबाइल $\pi $ इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण है। और $\pi $-इलेक्ट्रॉन $\sigma $-electrons की तुलना में विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं।

ध्रुवीकरण प्रभावित करता है:

गैस चरण में अणुओं की अम्लता और क्षारकता;

लुईस एसिड और बेस की कठोरता;

न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन की दर।

अणुओं के ध्रुवीकरण की गणना

ध्रुवीकरण एक प्रेरित द्विध्रुवीय क्षण $\mu_(ind)$ के रूप में प्रकट होता है; कण (इलेक्ट्रॉनों और नाभिक के विस्थापन के परिणामस्वरूप)।

प्रेरित द्विध्रुवीय क्षण बाहरी विद्युत क्षेत्र की ताकत के समानुपाती होता है:

$\mu_(ind) = \alpha \cdot \varepsilon_0 \cdot E$,

जहां $\mu_ind$ प्रेरित द्विध्रुवीय क्षण है, डी;

$\alpha $ - आनुपातिकता का गुणांक - कण ध्रुवीकरण, $\frac(Kl \cdot f (m^2))(B)$;

$E$ - विद्युत क्षेत्र की ताकत, $B$।

आयनों के लिए, ध्रुवीकरण उनकी त्रिज्या के घन के समानुपाती होता है।

एक विद्युत क्षेत्र में, एक स्थिर द्विध्रुवीय क्षण के साथ एक ध्रुवीय अणु में एक अतिरिक्त प्रेरित द्विध्रुवीय क्षण होता है। फिर कुल सापेक्ष पारगम्यता को ध्यान में रखा जाता है। यह व्यक्त किया गया है डेबी समीकरण:

$N(\frac(\alpha + \mu^2)(3\varepsilon_0kT))=3(\varepsilon-1)(\varepsilon+2)$,

जहाँ $N$ नमूने के प्रति इकाई आयतन में अणुओं की संख्या है;

$\alpha $ - अणु की ध्रुवीकरण क्षमता;

$\varepsilon_0$ - अणु का स्थायी द्विध्रुवीय क्षण;

$k$ - बोल्ट्जमान स्थिरांक;

$ टी $ - पूर्ण तापमान।

यदि हम इस समीकरण के दाहिने पक्ष की निर्भरता को $\frac(1)(T)$ पर आलेखित करते हैं, तो

कोई $\frac(\mu^2)(3\varepsilon_0k)$ निर्धारित कर सकता है और इसलिए अणु का निरंतर द्विध्रुवीय क्षण। ध्रुवीकरण y-अक्ष पर $\frac(1)(T) = 0$ पर कटे हुए खंड द्वारा निर्धारित किया जाता है।

बहुत अधिक तापमान पर, द्विध्रुव इतनी तेजी से घूमता है कि इसका परिमाण शून्य हो जाता है और केवल प्रेरित द्विध्रुवीय रहता है। यह उस क्षेत्र की दिशा में स्थित है जो इसे प्रेरित करता है और इसे उच्चतम तापमान पर संरक्षित किया जा सकता है।

पदार्थों के गुणों पर ध्रुवीकरण का प्रभाव।

ध्रुवीकरण पदार्थों के कुछ गुणों की व्याख्या कर सकता है:

घुलनशीलता।

उदाहरण के लिए:सिल्वर क्लोराइड $AgCl$ सोडियम क्लोराइड $NaCl$ या पोटेशियम क्लोराइड $KCl$ की तुलना में पानी में बहुत कम घुलनशील है। सिल्वर आयन $Ag^+$ की त्रिज्या सोडियम $Na^+$ और पोटेशियम $K^+$ आयनों की त्रिज्या के अनुरूप है, लेकिन सिल्वर आयन की ध्रुवीकरण क्षमता बहुत अधिक है (इसमें $18$ इलेक्ट्रॉन हैं बाहरी स्तर) सोडियम और पोटेशियम आयनों की तुलना में। इसलिए, सिल्वर क्लोराइड में आंतरिक दूरी कम होती है, और सोडियम और पोटेशियम क्लोराइड के अणुओं की तुलना में बंधन तोड़ने वाली ऊर्जा अधिक होती है।

पिघलने का तापमान।आयनों का पारस्परिक ध्रुवीकरण क्रिस्टल के विनाश में योगदान देता है। इस मामले में, पिघलने का तापमान कम हो जाता है, और जितना अधिक होता है, उतना ही अधिक क्रिस्टल जाली विकृत होता है।

उदाहरण के लिए:रुबिडियम फ्लोराइड $RbF$ और टाइटेनियम $TiF$ के अणुओं में धनायनों की त्रिज्या समान होती है, लेकिन टाइटेनियम आयन $Ti^+$ अधिक दृढ़ता से ध्रुवीकृत होता है और इसलिए फ्लोरीन आयन $F^ पर एक मजबूत ध्रुवीकरण प्रभाव पड़ता है। - रुबिडियम आयन से $Rb^+$। रूबिडियम फ्लोराइड का गलनांक $798^\circ C$, और mp है। टाइटेनियम फ्लोराइड $327^\circ C$।

पृथक्करण तापमान।तापमान में वृद्धि से ध्रुवीकरण प्रक्रिया को सुगम बनाया जाएगा। इस मामले में, आयन दोलनों का आयाम बढ़ जाता है, जो कभी-कभी पदार्थ की संरचना की पुनर्व्यवस्था की ओर जाता है। एक बहुरूपी परिवर्तन देखा जाता है। गर्म होने पर, आयनों से एक धनायन में इलेक्ट्रॉनों का पूर्ण संक्रमण भी संभव है - पदार्थ का थर्मल पृथक्करण होता है। ध्रुवीकरण प्रभाव जितना मजबूत होगा, पृथक्करण तापमान उतना ही कम होगा।

उदाहरण के लिए:किसी दिए गए धनायन $MCl - MI$ और दिए गए nion $NaГ - LiГ$ के यौगिकों की श्रृंखला में, अपघटन तापमान कम हो जाएगा।