Sekarang perhatikan sebuah molekul yang memiliki momen dipol permanen, seperti air. Dengan tidak adanya medan listrik, dipol individu menunjuk ke arah yang berbeda, sehingga momen total per satuan volume adalah nol. Tetapi jika medan listrik diterapkan, dua hal segera terjadi: pertama, momen dipol tambahan diinduksi karena gaya yang bekerja pada elektron; bagian ini mengarah ke polarisasi elektronik yang sama yang kami temukan untuk molekul non-polar. Dalam studi yang sangat tepat, efek ini tentu saja harus diperhitungkan, tetapi kami akan mengabaikannya untuk sementara waktu. (Itu selalu dapat ditambahkan di akhir.) Kedua, medan listrik cenderung berbaris di kutub individu, menghasilkan momen bersih per satuan volume. Jika semua dipol berbaris dalam gas, polarisasi akan sangat besar, tetapi ini tidak terjadi. Pada suhu dan kekuatan medan biasa, tumbukan molekul selama gerakan termalnya tidak memungkinkan mereka untuk berbaris dengan benar. Tetapi beberapa keselarasan masih terjadi, dan karenanya sedikit polarisasi (Gbr. 11.2). Polarisasi yang dihasilkan dapat dihitung dengan metode mekanika statistik yang dijelaskan dalam Bab. 40 (edisi 4).

Angka. 11.2. Dalam gas molekul polar, momen individu diorientasikan secara acak, momen rata-rata dalam volume kecil adalah nol (a); di bawah aksi medan listrik, rata-rata, beberapa penyelarasan molekul terjadi (b).

Untuk menggunakan metode ini, seseorang perlu mengetahui energi dipol dalam medan listrik. Pertimbangkan dipol dengan momen dalam medan listrik (Gbr. 11.3). Energi muatan positif adalah (1), dan energi muatan negatif adalah (2). Dari sini kita mendapatkan energi dipol

dimana adalah sudut antara dan . Seperti yang diharapkan, energi semakin kecil saat dipol berbaris di sepanjang medan. Sekarang, dengan menggunakan metode mekanika statistik, kita akan mengetahui seberapa kuat dipol sejajar. Dalam bab. 40 (masalah 4) kami menemukan bahwa dalam keadaan kesetimbangan termal jumlah relatif molekul dengan energi potensial sebanding dengan

dimana adalah energi potensial sebagai fungsi posisi. Dengan menggunakan argumen yang sama, kita dapat mengatakan bahwa jika energi potensial sebagai fungsi sudut berbentuk (11,14), maka jumlah molekul pada sudut per satuan sudut padat sebanding dengan .

Gambar 11.3. Energi dipol dalam medan adalah .

Dengan asumsi jumlah molekul per satuan sudut padat yang diarahkan pada sudut yang sama dengan , kita memiliki

. (11.16)

Untuk suhu dan medan biasa, eksponennya kecil, dan dengan memperluas eksponen, kita dapat menggunakan ekspresi perkiraan

(11.17)

Temukan dengan mengintegrasikan (11.17) di semua sudut; hasilnya harus sama dengan , mis. jumlah molekul per satuan volume. Nilai rata-rata ketika terintegrasi di semua sudut adalah nol, jadi integralnya adalah , dikalikan sudut padat penuh . Kita mendapatkan

Dari (11.17) terlihat bahwa lebih banyak molekul yang berorientasi sepanjang medan () daripada terhadap medan (). Oleh karena itu, dalam setiap volume kecil yang mengandung banyak molekul, akan ada momen dipol total per satuan volume, yaitu polarisasi. Untuk menghitung , Anda perlu mengetahui jumlah vektor semua momen molekul per satuan volume. Kita tahu bahwa hasilnya akan diarahkan sepanjang , jadi kita hanya perlu menjumlahkan komponen dalam arah ini (komponen tegak lurus , menjumlahkan ke nol):

Kita dapat memperkirakan jumlahnya dengan mengintegrasikan distribusi sudut. Sudut padat yang sesuai dengan , adalah ; dari sini

(11.19)

Mengganti ekspresinya dari (11.17), kami memiliki

,

yang mudah diintegrasikan dan mengarah pada hasil berikut:

Polarisasi sebanding dengan medan, sehingga sifat dielektrik akan normal. Juga, seperti yang kita harapkan, polarisasi berbanding terbalik dengan suhu karena, pada suhu yang lebih tinggi, tabrakan lebih merusak keselarasan. Ketergantungan jenis ini disebut hukum Curie. Kuadrat momen konstan muncul karena alasan berikut: dalam medan listrik tertentu, gaya pelurusan bergantung pada , dan momen rata-rata yang terjadi selama penyelarasan kembali sebanding dengan . Momen induksi rata-rata sebanding dengan .

Sekarang mari kita lihat seberapa cocok persamaan (11.20) dengan eksperimen. Mari kita ambil uap air. Karena kita tidak tahu apa yang sama dengan, kita tidak dapat secara langsung menghitung dan , tetapi persamaan (11.20) memprediksi bahwa itu harus berubah berbanding terbalik dengan suhu, dan ini harus kita periksa ..) Pada Gambar. 11.4 kami telah memplot nilai terukur sebagai fungsi dari . Ketergantungan yang diprediksi oleh rumus (11.21) terpenuhi dengan baik.

Gambar 11.4. Nilai konstanta dielektrik uap air yang diukur, pada beberapa suhu.

Ada satu fitur lagi dari permitivitas molekul polar - perubahannya tergantung pada frekuensi medan eksternal. Karena molekul memiliki momen inersia, dibutuhkan waktu tertentu bagi molekul berat untuk berputar ke arah medan. Oleh karena itu, jika frekuensi dari pita gelombang mikro atas atau dari pita yang lebih tinggi digunakan, kontribusi polar terhadap permitivitas mulai berkurang, karena molekul tidak memiliki waktu untuk mengikuti medan. Sebaliknya, polarisasi elektronik masih tetap tidak berubah hingga frekuensi optik, karena inersia elektron lebih kecil.

Sebuah molekul (atom, ion) terdiri dari partikel netral dan bermuatan positif dan negatif. Ada dua jenis partikel - dengan distribusi muatan simetris (H 2, CH 4, C 6 H 6, dll.) dan asimetris (HX, CH 3 X, C 6 H 5 X: X - halogen, dll.). Ini adalah molekul non-polar dan polar. Molekul polar juga disebut molekul dipol atau dipol.

Dalam molekul dipol diatomik, salah satu atom memiliki kelebihan muatan negatif, dan yang lain memiliki kelebihan muatan positif yang sama. Total biaya adalah nol. Molekul poliatomik memiliki beberapa daerah dengan muatan positif dan negatif berlebih. Namun, bahkan di sini orang dapat membayangkan dua pusat muatan.

Momen dipol ( , C × m) adalah produk dari muatan ( , C) dan jarak antara muatan ( , m):

Momen dipol harus dianggap sebagai vektor yang diarahkan dari muatan negatif ke muatan positif (dalam kimia biasanya arahnya berlawanan). Jika sebuah molekul terdiri dari banyak atom, maka momen dipolnya didefinisikan sebagai jumlah vektor:

Dalam kondisi normal, momen dipol molekul dalam suatu zat berorientasi sewenang-wenang dan saling mengimbangi.

Ketika suatu zat ditempatkan dalam medan listrik (dibuat oleh kapasitor atau molekul polar, ion, dll.), molekul polar cenderung mengorientasikan diri di sepanjang arah medan. Momen dipol total molekul dalam hal ini > 0, disebut momen dipol orientasi.

Ketika molekul polar dan non-polar ditempatkan dalam medan listrik, muatan dipindahkan relatif satu sama lain, yang menciptakan momen dipol yang diinduksi (diinduksi). Ini disebut momen dipol deformasi.

Terjadinya momen dipol molekul suatu zat di bawah aksi medan listrik disebut polarisasi koneksi. Ini adalah jumlah dari deformasi dan orientasi momen dipol molekul.

Polarisasi deformasi suatu molekul sebanding dengan kuat medan ( , V/m). Momen dipol induksi yang dihasilkan terkait dengan kuantitas dengan hubungan:

di mana koefisien proporsionalitas ( , m 3) disebut deformasi polarisasi molekul. Polarisabilitas deformasi suatu molekul adalah jumlah dari kontribusi elektron dan atom:

karena perpindahan dari posisi kesetimbangan di bawah aksi medan listrik eksternal atom dan elektron. Semakin jauh elektron terluar suatu molekul (atom) dari inti, semakin tinggi polarisasi elektroniknya. Perpindahan inti atom, yang berat dibandingkan dengan elektron, kecil dan berjumlah sekitar 5 sampai 10% dari .

Polarisasi orientasi senyawa - molekul polar dalam medan listrik diorientasikan di sepanjang garis gaya medan, sebagai hasilnya berusaha untuk mengambil posisi paling stabil sesuai dengan energi potensial minimum. Fenomena ini disebut polarisasi orientasi dan ekuivalen dengan peningkatan polarisasi dengan jumlah yang disebut polarisasi orientasi:

di mana k adalah konstanta Boltzmann, J/K;

T- suhu mutlak, K

Polarisabilitas orientasi biasanya urutan besarnya lebih tinggi dari polarisasi lentur. Ini mengikuti dari persamaan (43) yang menurun dengan meningkatnya suhu, karena gerakan termal mencegah orientasi molekul.

Polarisabilitas total suatu molekul adalah jumlah dari tiga kuantitas:

. (44)

Polarisabilitas memiliki dimensi volume dan dinyatakan dalam m 3 .

Polarisasi total suatu zat (polarisasi molar, m 3 / mol) berhubungan dengan permitivitas relatif suatu zat dengan persamaan Debye:

, (45)

di mana massa molar zat, g/mol;

adalah densitasnya, g/m3;

adalah konstanta dielektrik relatif medium.

Polarisasi penuh diamati hanya di medan statis dan di medan frekuensi rendah. Dalam medan frekuensi tinggi, dipol tidak punya waktu untuk mengorientasikan diri. Oleh karena itu, misalnya, di bidang radiasi inframerah, polarisasi elektronik dan atom terjadi, dan di bidang radiasi tampak, hanya polarisasi elektronik yang terjadi, karena hanya partikel paling ringan, elektron, yang dipindahkan karena frekuensi osilasi medan yang tinggi. Untuk zat non-polar, polarisasi orientasi adalah nol.

Pembiasan

Teori elektromagnetik Maxwell untuk zat non-polar transparan mengarah pada hubungan:

dimana adalah indeks bias (untuk zat polar). Substitusi persamaan (46) ke persamaan (45) dan dengan asumsi bahwa , kita memperoleh:

. (47)

Besaran tersebut disebut pembiasan molekul zat.

Ini mengikuti dari persamaan (47) bahwa kuantitas R, yang didefinisikan dalam indeks bias suatu zat, berfungsi sebagai ukuran polarisasi elektronik molekulnya. Secara umum, indeks bias n tergantung pada panjang gelombang radiasi, dan persamaan ini benar-benar berlaku untuk l = . Ekstrapolasi n ke tidak biasanya dilakukan menurut rumus Cauchy:

n= n + b/l.(48)

Konstanta B Dan tidak ditentukan dengan mengukur n untuk dua l yang berbeda, misalnya l F dan saya C garis spektrum hidrogen. Dalam kebanyakan kasus, itu tidak ditentukan R, tetapi R D dengan mengukur n D untuk kuning D garis natrium.

Dalam studi fisik dan kimia, pembiasan spesifik juga digunakan:

. (49)

Pembiasan memiliki dimensi volume yang terkait dengan bagian tertentu dari suatu zat:

refraksi spesifik - (cm 3 / g);

molekul - (cm 3 / mol).

Kira-kira, sebuah molekul dapat dianggap sebagai bola dengan radius efektif rM dengan permukaan konduktif. Pada kasus ini:

Kemudian dari persamaan (47, 50) kita peroleh:

Jadi, pembiasan molekul sama dengan volumenya sendiri tidak ada molekul zat.

Untuk zat non polar R", untuk zat polar R dikurangi dengan nilai polarisasi orientasi.

Sebagai berikut dari persamaan (47), pembiasan molekul hanya ditentukan oleh kemampuan polarisasi dan oleh karena itu tidak bergantung pada suhu dan keadaan agregasi zat. Jadi, pembiasan adalah konstanta karakteristik materi.

MOMEN DIPOLE MOLEKUL

SIFAT LISTRIK DAN MAGNETIK MOLEKUL

Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen adalah perantara antara kekuatan interaksi molekuler dan kimia. Ikatan khusus ini terbentuk antara atom hidrogen, yang memiliki ciri khas dari semua atom lainnya. Memberikan elektronnya untuk membentuk ikatan, ia tetap dalam bentuk inti (proton) tanpa elektron, mis. berupa partikel yang diameternya seribu kali lebih kecil dari diameter atom lain. Selain itu, karena tidak adanya elektron di dalamnya, ion H+ tidak mengalami gaya tolak menolak dari kulit elektron atom lain, melainkan tertarik olehnya. Ini memungkinkannya untuk lebih dekat dengan atom lain, berinteraksi dengan elektronnya, dan bahkan menyusup ke kulit elektronnya. Oleh karena itu, dalam cairan, ion hidrogen tidak diawetkan sebagai partikel independen, tetapi terkait dengan molekul zat lain. Dalam air, ia berikatan dengan molekul H 2 O, membentuk ion hidronium H 3 O +, dengan molekul amonia NH 4 +.

Ikatan hidrogen, seolah-olah, valensi sisi kedua dari atom hidrogen.

Kekuatan ikatan 20-30 kJ/mol

Ikatan hidrogen memainkan peran yang sangat penting dalam struktur air dan es.

Panjang ikatan H-O kovalen = 0,99 A°, panjang ikatan hidrogen adalah 1,76 A°.

Ketika es mencair, ikatan hidrogen hancur, dan ketika dipanaskan, terjadi pemuaian. Penghancuran ikatan hidrogen menyebabkan penurunan volume dan, sebagai akibatnya, kerapatan air melewati maksimum pada 4°C.

Ketika pusat gravitasi muatan listrik tidak bertepatan dalam sebuah molekul, kutub listrik muncul - positif dan negatif. Molekul seperti itu disebut polar. Sistem dua muatan identik yang berlawanan disebut dipol.

Ukuran polaritas adalah nilai momen dipol m, yang merupakan produk dari muatan q dan jarak l

Berdasarkan urutan besarnya, momen dipol sama dengan muatan elektron dikalikan jarak (10 -10 el.st.ed.´ 10 -8 cm), yaitu 10-18 el.st.ed.cm dan sama dengan 1 selamat tinggal.

Jika ada beberapa ikatan polar dalam suatu molekul, maka momen totalnya sama dengan jumlah vektor momen dipol ikatan individu

Berbagai perubahan yang dialami molekul di bawah pengaruh medan listrik eksternal disebut polarisasi. Ada polarisasi orientasi, atom dan elektronik.

Polarisasi orientasi merupakan orientasi molekul polar dalam ruang sesuai dengan arah medan listrik eksternal. Dengan meningkatnya suhu, polarisasi orientasi menurun.

Polarisasi atom mengacu pada perpindahan relatif atom yang membentuk molekul. Ini mencirikan perpindahan inti bermuatan positif relatif terhadap kutub negatif.

Dengan polarisasi elektronik, elektron dipindahkan relatif terhadap inti atom.

Polarisasi atom dan elektronik tidak bergantung pada suhu. Jumlah polarisasi elektron, atom, dan orientasi disebut polarisasi total atau molar.

R \u003d R a + R e + R op \u003d R op + R d

R d \u003d R a + R e

Jumlah polarisasi atom dan elektronik disebut polarisasi deformasi.

Ketika molekul berinteraksi dengan medan elektromagnetik, khususnya dengan cahaya tampak (l = 4000-8000 A), polarisasi atom dan orientasi tidak muncul, karena atom tidak memiliki waktu untuk bergerak dengan kecepatan yang sama dengan getaran cahaya. Elektron merespon getaran cahaya. Dalam hal ini, polarisasi molar hanya sama dengan polarisasi elektronik dan disebut pembiasan molar

Refraksi molar memiliki sifat aditif dan merupakan konstanta karakteristik dari zat tertentu.

Aditifitas refraksi digunakan untuk menjelaskan struktur molekul organik.

R m = n Ri , di mana n adalah jumlah atom

Ri - kenaikan refraksi molar

CH 3 -CH 2 -COOH - asam propionat

R m \u003d 3Rc + 6Rn + Ro-hidroksi + Ro-karboks =

3×2,418 + 6×1,10 + 1,325 + 2,211 = 17,59 cm3/g-at

Pengalaman memberi 17,68 cm 3 /g-at.

Indeks bias, seperti telah dicatat, tergantung pada polarisasi atom, molekul, dan ion. Oleh karena itu, studi tentang karakteristik listrik suatu zat memberikan informasi penting tentang distribusi muatan dalam molekul dan memungkinkan untuk menetapkan beberapa sifat suatu zat karena asimetri listriknya.

Mari kita pertimbangkan beberapa pertanyaan tentang sifat terjadinya momen dipol dalam sebuah molekul.

Polarisabilitas dan momen dipol

Setiap molekul adalah kumpulan inti bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif. Dengan muatan total sama dengan +e, muatan semua elektron akan sama dengan -e.

Jika distribusi inti dan elektron dalam ruang sedemikian rupa sehingga pusat "gravitasi" muatan positif dan negatif tidak bertepatan, maka molekul tersebut memiliki momen dipol yang konstan:

di mana l adalah jarak antara pusat-pusat muatan listrik.

Molekul seperti itu bersifat polar. Ukuran polaritas molekul adalah besarnya momen dipol, yang dinyatakan dalam debyes (D):

D = 3.33564 10?30 C m

Momen dipol merupakan besaran vektor. Arah vektor ">" dipilih dari kutub negatif ke positif. Dalam literatur kimia, bagaimanapun, arah yang berlawanan diambil secara tradisional, yaitu dari "+" ke "?".

Jika dalam molekul diatomik zat sederhana, yaitu, terdiri dari atom identik, dan dalam molekul poliatomik zat kompleks dengan simetri tinggi, pusat "gravitasi" muatan listrik yang berlawanan bertepatan (l \u003d 0), maka molekul tersebut tidak memiliki momen konstan (m = 0) dan bersifat nonpolar.

Jika ada molekul non-polar ditempatkan dalam medan listrik konstan yang dibuat, misalnya, oleh kapasitor, maka polarisasinya terjadi, yang dinyatakan dalam perpindahan muatan multiarah (polarisasi deformasi). Inti atom yang berat akan sedikit bergeser ke arah kutub negatif, dan elektron dengan massa yang tidak signifikan akan dengan mudah bergeser ke arah kutub positif. Akibatnya, pusat "gravitasi" muatan positif dan negatif tidak akan bertepatan, dan dipol yang diinduksi (diinduksi) akan muncul dalam molekul, yang momennya sebanding dengan kekuatan medan listrik:

m ind = b D E, (11)

di mana E adalah kekuatan medan listrik internal dalam molekul [el. Seni. satuan/cm2 ; C / cm 2]

b D - koefisien proporsionalitas, yang menunjukkan momen dipol apa yang dibuat ketika kekuatan medan listrik sama dengan satu. Semakin banyak b D ​​, semakin mudah molekul tersebut terpolarisasi. Koefisien b D, disebut polarisasi deformasi, sama dengan jumlah elektron b D dan polarisasi atom b pada:

b D = b el + b di (12)

Semakin jauh elektron valensi terluar (lebih mobile) dikeluarkan dari inti atom, semakin tinggi polarisasi elektronis molekul tersebut. Karena perpindahan inti atom tidak signifikan (b at adalah 5 - 10% dari b el) dan dapat diabaikan, itu akan menjadi kira-kira b D = b el.

Jadi, dalam medan listrik, dipol terbentuk dengan induksi atau, seperti yang disebut, momen dipol induksi.

Jika ada molekul polar ditempatkan dalam medan listrik, dua proses akan terjadi. Pertama, molekul akan berorientasi sepanjang medan, dan kedua, jarak antara pusat-pusat "gravitasi muatan akan meningkat, meningkatkan momen dipol molekul."

Dengan demikian, molekul polar dalam medan listrik, seperti yang non-polar, mengalami polarisasi deformasi. Selain itu, di bawah pengaruh medan listrik, mereka mengorientasikan diri di sepanjang garis gayanya, mencoba mengambil posisi stabil yang sesuai dengan energi potensial minimum. Fenomena ini, yang disebut polarisasi orientasi, memiliki efek yang setara dengan peningkatan polarisasi molekul dengan jumlah bor, yang disebut polarisasi orientasi:

di mana k adalah konstanta Boltzmann (1,380662(44) 10 23 J/K);

T adalah suhu mutlak, K.

Jadi, total polarisasi molekul b adalah jumlah dari tiga kuantitas:

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

Dari persamaan (11) dan (12) diperoleh bahwa polarisasi total b akan memiliki dimensi volume [cm3 atau A3].

Polarisabilitas molar

Dalam medan listrik (elektromagnetik), molekul terpolarisasi dan keadaan tegangan muncul, ditandai dengan nilai konstanta dielektrik (e) zat, yang termasuk dalam persamaan hukum Coulomb dan dapat ditentukan secara eksperimental.

Dengan mengukur permitivitas dielektrik, yang mencirikan zat secara keseluruhan, dimungkinkan untuk menentukan, menurut teori polarisasi dielektrik, parameter elektro-optik molekulnya, yang terkait dengan rumus Clausius-Mossotti:

di mana N A adalah bilangan Avogadro;

M adalah berat molekul zat;

C adalah massa jenis zat, g/ml.

P M - polarisasi molar - nilai yang mencirikan ukuran momen induksi dalam volume yang menempati 1 mol zat.

Polarisasi molar, momen dipol, dan polarisasi total suatu molekul dihubungkan satu sama lain dengan persamaan Debye, yang diturunkan dari persamaan (12) - (14):

Dengan menggunakan persamaan Debye, seseorang dapat menghitung nilai b dan m dari nilai e, M, dan c yang diketahui.

Polarisasi molekul zat yang memiliki nilai e dan P yang relatif besar (misalnya, H 2 O, HCN, HCl) bergantung pada suhu, menurun saat naik. Molekul zat tersebut, yang tidak memiliki simetri pusat muatan, adalah dipol permanen. Bagi mereka, polarisasi molar dalam persamaan Debye dinyatakan sebagai fungsi linier 1/T:

Zat dengan m \u003d 0 terdiri dari molekul simetris (misalnya, O 2, CO 2, CS 2, molekul banyak hidrokarbon). Dalam medan listrik, momen dipol induksi muncul dalam molekul tersebut. Polarisasi molekul jenis ini tidak bergantung pada suhu (Gbr. 3).

Untuk kasus molekul dipol permanen (garis lurus a; Gambar 3), segmen ordinat OA = a menentukan nilai polarisasi b, dan tgv = b - nilai momen dipol m

Polarisasi lengkap molekul dapat diamati baik dalam medan listrik statis atau dalam medan elektromagnetik frekuensi rendah, tetapi tidak dalam medan frekuensi tinggi, di mana dipol tidak punya waktu untuk menyesuaikan diri. Oleh karena itu, misalnya, di bidang radiasi inframerah frekuensi rendah, terjadi polarisasi elektronik dan atom, dan di bidang cahaya tampak frekuensi tinggi, hanya polarisasi elektronik yang terjadi (P el = 4/3pN A b el), karena dengan getaran frekuensi tinggi, hanya partikel yang sangat ringan - elektron - yang punya waktu untuk bergerak. Untuk zat non-polar: P OP = 0 dan P = P D? R EL.

Beras. 3. Ketergantungan polarisasi molar

dari suhu kembali

a - untuk molekul, dipol konstan;

b - untuk molekul non-polar.

Ionov, di sisi lain - polarisasi.

Aksi polarisasi kation. Tergantung pada struktur elektronik ion, besarnya muatan dan jari-jari. Efek polarisasi akan semakin signifikan, semakin kecil jari-jari, bilangan kuantum utama orbital elektron terluar dan semakin besar muatannya.

Sebagai contoh: efek polarisasi yang kuat adalah karakteristik kation dari baris pertama Tabel Periodik.

polarisasi anion. Tergantung pada faktor yang sama seperti efek polarisasi kation. Semakin besar jari-jari dan muatan anion, semakin terpolarisasi.

Efek polarisasi kation adalah untuk menarik awan elektron menjauh dari anion. Akibatnya, tingkat kovalen meningkat, ionisitas ikatan menurun, yaitu ikatan menjadi kovalen polar.

Polarisasi ion berlawanan dalam efeknya dengan polarisasi ikatan kovalen.

Polarisabilitas dan sifat-sifatnya

Definisi 2

Polarisabilitas- kemampuan suatu zat untuk memperoleh momen dipol listrik di bawah aksi medan listrik eksternal. Ini adalah kemampuan untuk mengubah bentuk awan elektron suatu partikel di bawah aksi medan elektrostatik ion lain. Aksi polarisasi ion akan menentukan intensitas medan ini.

Polarisabilitas mencirikan kemampuan molekul untuk menjadi polar sebagai akibat dari aksi medan listrik eksternal. Senyawa ini juga terpolarisasi oleh aksi molekul satu sama lain, misalnya, selama reaksi kimia.

Hasil polarisasi dapat menjadi putus total dalam komunikasi. Dalam hal ini, transisi pasangan elektron pengikat ke salah satu atom terjadi dan ion yang berlawanan terbentuk. Pemutusan ikatan asimetris dengan pembentukan ion semacam itu disebut heterolitik:

Gambar 1.

Polarisabilitas dapat disebabkan oleh:

perpindahan elektron atau inti atom di bawah aksi medan listrik;

perubahan geometri molekul;

rotasi molekul;

perpindahan ion ke posisi kristalografi bebas tetangga (kemampuan polarisasi Scanavi), dll.

Polarisabilitas ion tergantung pada struktur elektronik ion, muatan dan ukurannya. Dalam setiap subkelompok sistem periodik, polarisasi ion unsur meningkat dengan peningkatan nomor atomnya.

Efek polarisasi ion lebih signifikan daripada:

kulit elektron ion lebih stabil;

lebih banyak biaya;

jari-jari ion lebih kecil.

Polarisabilitas meningkat:

dengan peningkatan ukuran molekul (atom);

dengan meningkatnya nomor atom;

meningkatkan kemudahan eksitasi atom.

Sebagai contoh: Oktana lebih terpolarisasi daripada heksana karena memiliki lebih banyak elektron. Tetapi heksadiena juga akan lebih terpolarisasi daripada heksana, yang disebabkan oleh adanya elektron seluler $\pi $ dalam heksadiena. Dan $\pi $-elektron lebih sensitif terhadap perubahan medan listrik daripada $\sigma $-elektron.

Polarisabilitas mempengaruhi:

keasaman dan kebasaan molekul dalam fase gas;

kekerasan asam dan basa Lewis;

kecepatan substitusi nukleofilik.

Perhitungan polarisasi molekul

Polarisasi memanifestasikan dirinya dalam munculnya momen dipol terinduksi $\mu_(ind)$; partikel (sebagai akibat dari perpindahan elektron dan inti).

Momen dipol induksi sebanding dengan kekuatan medan listrik luar:

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

di mana $\mu_ind$ adalah momen dipol induksi, D;

$\alpha $ -- koefisien proporsionalitas -- keterpolarisasi partikel, $\frac(Kl \cdot f (m^2))(B)$;

$E$ -- kuat medan listrik, $B$.

Untuk ion, polarisasi sebanding dengan pangkat tiga jari-jarinya.

Dalam medan listrik, molekul polar dengan momen dipol konstan memiliki momen dipol induksi tambahan. Kemudian total permitivitas relatif diperhitungkan. Hal ini diungkapkan persamaan Debye:

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

di mana $N$ adalah jumlah molekul per satuan volume sampel;

$\alpha $ - polarisasi molekul;

$\varepsilon_0$ - momen dipol permanen molekul;

$k$ - konstanta Boltzmann;

$T$ - suhu mutlak.

Jika kita plot ketergantungan ruas kanan persamaan ini pada $\frac(1)(T)$, maka

seseorang dapat menentukan $\frac(\mu^2)(3\varepsilon_0k)$ dan dengan demikian momen dipol molekul yang konstan. Polarisabilitas ditentukan oleh segmen yang terpotong pada sumbu y pada $\frac(1)(T) = 0$.

Pada suhu yang sangat tinggi, dipol berputar sangat cepat sehingga besarnya dihilangkan dan hanya dipol induksi yang tersisa. Itu terletak di arah medan yang menginduksinya dan dapat dipertahankan pada suhu tertinggi.

Pengaruh polarisasi pada sifat-sifat zat.

Polarisabilitas dapat menjelaskan beberapa sifat zat:

Kelarutan.

Sebagai contoh: perak klorida $AgCl$ jauh lebih sedikit larut dalam air daripada natrium klorida $NaCl$ atau kalium klorida $KCl$. Jari-jari ion perak $Ag^+$ sepadan dengan jari-jari ion natrium $Na^+$ dan kalium $K^+$, tetapi polarisasi ion perak jauh lebih besar (memiliki elektron $18$ pada tingkat luar) daripada ion natrium dan kalium. Oleh karena itu, jarak antar inti dalam perak klorida lebih kecil, dan energi pemutusan ikatan lebih besar daripada dalam molekul natrium dan kalium klorida.

Suhu leleh. Polarisasi timbal balik ion berkontribusi pada penghancuran kristal. Dalam hal ini, suhu leleh menurun, dan semakin banyak kisi kristal terdeformasi.

Sebagai contoh: Dalam molekul rubidium fluorida $RbF$ dan titanium $TiF$ jari-jari kationnya sama, tetapi ion titanium $Ti^+$ terpolarisasi lebih kuat dan oleh karena itu memiliki efek polarisasi yang lebih kuat pada ion fluor $F^ -$ daripada ion rubidium $Rb^+$. Titik leleh rubidium fluorida adalah $798^\circ C$, dan mp. titanium fluorida $327^\circle C$.

suhu disosiasi. Proses polarisasi akan difasilitasi oleh peningkatan suhu. Dalam hal ini, amplitudo osilasi ion meningkat, yang terkadang mengarah pada penataan ulang struktur zat. Transformasi polimorfik diamati. Ketika dipanaskan, transisi lengkap elektron dari anion ke kation juga dimungkinkan - disosiasi termal zat terjadi. Semakin kuat efek polarisasi, semakin rendah suhu disosiasi.

Sebagai contoh: dalam deret senyawa kation tertentu $MCl - MI$ dan nion tertentu $NaГ - LiГ$, suhu dekomposisi akan menurun.