Dalam medan listrik, ion atau molekul berubah bentuk, mis. di dalamnya ada perpindahan relatif inti dan elektron. Deformabilitas ion dan molekul ini disebut polarisasi. Karena elektron-elektron pada lapisan terluar adalah yang paling tidak terikat kuat dalam atom, mereka mengalami perpindahan di tempat pertama.

Polarisabilitas anion, sebagai suatu peraturan, jauh lebih tinggi daripada kation.

Dengan struktur kulit elektron yang sama, polarisasi ion menurun dengan meningkatnya muatan positif, misalnya, dalam deret:

Untuk ion analog elektronik, polarisasi meningkat dengan jumlah lapisan elektron, misalnya: atau
.

Polarisabilitas molekul ditentukan oleh polarisasi atom penyusunnya, konfigurasi geometris, jumlah dan multiplisitas ikatan, dll. Kesimpulan tentang polarisasi relatif hanya mungkin untuk molekul yang dibangun serupa yang berbeda oleh satu atom. Dalam hal ini, perbedaan polarisasi molekul dapat dinilai dari perbedaan polarisasi atom.

Medan listrik dapat dibuat baik oleh elektroda bermuatan maupun oleh ion. Dengan demikian, ion itu sendiri dapat memberikan efek polarisasi (polarisasi) pada ion atau molekul lain. Efek polarisasi ion meningkat dengan peningkatan muatannya dan penurunan jari-jarinya.

Efek polarisasi anion, sebagai suatu peraturan, jauh lebih kecil daripada kation. Hal ini disebabkan karena ukuran anion yang lebih besar dibandingkan dengan kation.

Molekul memiliki efek polarisasi jika mereka polar; efek polarisasi semakin tinggi, semakin besar momen dipol molekul.

Kemampuan polarisasi meningkat dalam seri, karena. jari-jari bertambah dan medan listrik yang diciptakan oleh ion berkurang.

ikatan hidrogen

Ikatan hidrogen adalah jenis khusus dari ikatan kimia. Diketahui bahwa senyawa hidrogen dengan nonlogam yang sangat elektronegatif, seperti F, O, N, memiliki titik didih yang sangat tinggi. Jika pada deret H 2 Te - H 2 Se - H 2 S titik didihnya turun secara alami, maka pada peralihan dari H 2 S ke H 2 O terjadi lompatan yang tajam terhadap kenaikan suhu ini. Gambaran yang sama diamati pada rangkaian asam hidrohalat. Hal ini menunjukkan adanya interaksi spesifik antara molekul H2O dan molekul HF. Interaksi semacam itu harus menghalangi pemisahan molekul satu sama lain, mis. mengurangi volatilitasnya, dan, akibatnya, meningkatkan titik didih zat yang sesuai. Karena perbedaan besar dalam RE, ikatan kimia H–F, H–O, dan H–N sangat terpolarisasi. Oleh karena itu, atom hidrogen memiliki muatan efektif positif (δ +), dan atom F, O dan N memiliki kerapatan elektron berlebih, dan mereka bermuatan negatif ( -). Karena gaya tarik Coulomb, atom hidrogen bermuatan positif dari satu molekul berinteraksi dengan atom elektronegatif dari molekul lain. Karena ini, molekul tertarik satu sama lain (titik tebal menunjukkan ikatan hidrogen).

Hidrogen disebut ikatan semacam itu, yang dibentuk melalui atom hidrogen, yang merupakan bagian dari salah satu dari dua partikel yang terhubung (molekul atau ion). Energi ikatan hidrogen ( 21–29 kJ/mol atau 5–7 kkal/mol) kira-kira 10 kali lebih sedikit energi ikatan kimia biasa. Namun, ikatan hidrogen menyebabkan keberadaan pasangan molekul dimer (H 2 O) 2, (HF) 2 dan asam format.

Dalam rangkaian kombinasi atom HF, H O, HN, HCl, HS, energi ikatan hidrogen berkurang. Ini juga menurun dengan meningkatnya suhu, sehingga zat dalam keadaan uap menunjukkan ikatan hidrogen hanya untuk sebagian kecil; itu adalah karakteristik zat dalam keadaan cair dan padat. Zat seperti air, es, amonia cair, asam organik, alkohol, dan fenol bergabung menjadi dimer, trimer, dan polimer. Dalam keadaan cair, dimer adalah yang paling stabil.

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. 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 rangkaian senyawa dari kation tertentu $MCl - MI$ dan nion tertentu $NaГ - LiГ$, suhu dekomposisi akan menurun.

Untuk menentukan struktur molekul, perlu diketahui sifat dasar kelistrikan dan optiknya. Karakteristik yang paling penting adalah polarisasi dan momen dipol. Momen dipol suatu molekul adalah karakteristik fisiknya yang penting, yang secara langsung berkaitan dengan strukturnya dan menentukan interaksi molekul polar, serta orientasinya dalam medan listrik eksternal, yang pada gilirannya menentukan sifat dielektrik materi .

Komponen energi yang paling penting dari sebuah molekul adalah komponen elektronik, yang merupakan fungsi dari jarak antar inti dan, dalam kaitannya dengan pergerakan inti, memainkan peran energi potensial dan tercermin dalam kurva potensial untuk molekul diatomik. (Gbr. 4.7).

Energi ikat dapat diperkirakan dari kedalaman sumur potensial (D) pada kurva energi potensial E(r).

Dalam molekul air, atom oksigen memiliki dua elektron p yang tidak berpasangan, yang menempati dua orbital yang terletak pada sudut siku-siku (90 0) satu sama lain. Atom hidrogen masing-masing memiliki satu s-elektron. Molekul air dibentuk oleh tumpang tindih dua orbital p-elektron dan dua s-orbital. Selain itu, dua ikatan kovalen yang terbentuk harus membentuk sudut 90 0 (Gbr. 4.8).

Sebenarnya, sudut antara ikatan dalam molekul:

H 2 O - 104,5 0, H 2 S - 92 0, H 2 Se - 91 0.

Beras. 4.8. Skema pembentukan ikatan kimia dalam molekul air

Penyimpangan sudut antara ikatan dari 90 0 dapat dijelaskan oleh polaritas ikatan APAKAH DIA, yaitu pasangan elektron, karena ikatan yang terbentuk, ditarik ke atom oksigen. Akibatnya, atom hidrogen memiliki beberapa muatan positif; tolakan muatan positif menyebabkan peningkatan sudut antara ikatan. Koneksi H–S kurang polar, sehingga deviasinya lebih kecil. Penjelasan tentang struktur molekul air dan hidrogen sulfida ini adalah ilustrasi, tetapi agak disederhanakan.

Polaritas ikatan kimia. Setiap molekul adalah kumpulan inti atom bermuatan positif dan awan elektron bermuatan negatif. Jika distribusi awan elektron dalam molekul sedemikian rupa sehingga pusat listrik muatan positif inti dan muatan negatif awan elektron bergeser relatif satu sama lain, maka molekul mewakili dipol dan disebut kutub.

Ukuran polaritas adalah besarnya momen dipol, yang sama dengan produk muatan q di kejauhan aku antara biaya

– besaran vektor, dilambangkan dengan panah yang diarahkan dari pusat muatan negatif ke pusat muatan positif.

Kesimpulan: karena asimetri kerapatan elektron dalam molekul, momen dipol. Asimetri distribusi kerapatan elektron disebabkan oleh sifat kimia dan struktur molekul, yaitu dari mana atom itu terbentuk, apa sifat ikatan kimia, berapa panjangnya, arah ikatannya; apakah hibridisasi orbital terjadi, keberadaan pasangan elektron yang tidak digunakan bersama.

pada gambar. 4.9 menunjukkan terjadinya momen dipol dalam molekul diatomik AB:

Beras. 4.9. Momen dipol molekul diatomik

Pengukuran momen dipol dapat memberikan gambaran tentang simetri konfigurasi kesetimbangan molekul.

Saat menghitung momen dipol molekul, momen dipol ikatan individu sering digunakan.

Tambahan dua vektor dapat dihasilkan secara grafis sesuai dengan aturan jajaran genjang

atau secara analitis dengan rumus (4.2), yang menyatakan teorema kosinus:

, (4.2)

di mana j adalah sudut antara dua ikatan kimia polar;

1 dan 2 adalah momen dipol.

Hasil penjumlahan vektor tergantung pada kesimetrisan susunan ikatan polar dalam molekul. Dalam hal ini, kompensasi timbal balik parsial dan bahkan lengkap dari momen dipol ikatan individu dapat terjadi. Dalam molekul yang dibangun secara simetris, tidak ada momen dipol, meskipun beberapa ikatan bersifat polar.

Misalnya, molekul CO 2, CS 2, CCl 4.

Jadi, molekul dan ikatan yang memiliki distribusi muatan listrik asimetris disebut kutub . Molekul polar memiliki momen dipol selain 0 ( 0 ).

Saat menghitung momen dipol molekul organik kompleks menurut skema vektor, lebih baik menggunakan not momen ikatan individu , tapi yang disebut momen grup mencirikan nilai dan arah vektor momen dipol molekul yang mengandung satu atau beberapa kelompok atom (substituen) X yang terkait dengan fenil (C 6 H 5) atau radikal metil (CH 3).

momen dipol grup tanda plus diberikan jika kutub positif dipol molekul C 6 H 5 X (atau CH 3 X) berada pada substituen X (substituen donor elektron adalah CH 3, CH 3 O, NH 2, dll.) .

Sebaliknya, gugus yang merupakan pusat muatan negatif dicirikan oleh nilai momen golongan yang negatif (substituen penarik elektron -Cl, Br, NO 2, dll.).

Perhitungan momen dipol molekul yang mengandung dua substituen X 1 dan X 2 dilakukan sesuai dengan rumus:

di mana: m 1, m 2 - momen grup substituen;

q adalah sudut antara vektor momen grup substituen dan arah ikatan substituen dengan atom karbon tetangga;

j adalah sudut antara arah ikatan substituen C-X 1 dan C-X 2 .

Mari kita menempatkan beberapa zat dalam medan listrik yang diciptakan oleh kapasitor, molekul polar, ion. Dalam hal ini, muatan negatif dan positif molekul digeser relatif terhadap pusat gravitasinya tanpa adanya medan. Perubahan yang dialami atom, molekul, ion di bawah pengaruh medan listrik disebut polarisasi ( P).

Membedakan:

polarisasi elektronik - P el;

polarisasi atom - P di;

polarisasi orientasi - P op.

Selain itu, polarisasi total P ditemukan sebagai jumlah dari semua jenis polarisasi.

P \u003d P el + P di + P op (4.3)

Dengan tidak adanya medan listrik, pusat muatan positif dan negatif bertepatan dan momen dipol = 0 (lihat Gambar 4)

Beras. 4.10. Pengaruh medan listrik konstan pada perilaku

molekul non-polar

Di bawah aksi medan listrik, muatan dipindahkan relatif satu sama lain dengan jarak aku, yaitu polarisasi terjadi.

Di dalam partikel terdapat diinduksi (atau diinduksi) momen dipol

Ind = q × , (4.4)

yang bergantung pada intensitas medan listrik yang bekerja E.

Ketergantungan ini dapat dinyatakan sebagai serangkaian perluasan kekuasaan:

Ind = aE + bE 2 + + . . .

kecil E, yang merupakan kasus untuk medan listrik yang dibuat oleh molekul atau ion polar, kita dapat membatasi diri pada suku pertama, yaitu.

ind = aE (4,5)

Faktor proporsionalitas sebuah ditelepon polarisasi. Ini mencirikan kemampuan kuantitatif molekul untuk mempolarisasi dan menunjukkan jenis momen dipol yang dibuat pada kekuatan medan E = 1V.

Semakin besar a, semakin mudah molekul terpolarisasi.

Polarisabilitas memiliki dimensi volume dalam sistem cgs

; [a] = cm3 atau m3

Nilai polarisasi molekul memiliki orde 1A 3 (1A 3 \u003d 10 -30 m 3 \u003d 10 -24 cm 3) dan mencirikan volume awan elektron, yaitu polarisasi ukurannya kurang lebih sama volume molekul . Ini arti fisik dari polarisabilitas . Namun, dalam sistem SI, visibilitas ini untuk sebuah hilang, karena dalam sistem SI, dimensi

[a] =

Polarisabilitas yang terkait dengan deformasi partikel disebut polarisasi deformasi. Ini mencirikan perpindahan awan elektron dan inti relatif terhadap posisi awal mereka.

Polarisabilitas deformasi terdiri dari komponen elektronik dan atom:

a def = a el + a di (4.6)

Inti kurang mobile daripada elektron. Oleh karena itu, polarisasi atom sering diabaikan, mis. a def » a el.

Untuk molekul, polarisasi deformasi dapat berbeda dalam arah yang berbeda, mis. properti yang dimanifestasikan anisotropi polarisasi. Dan nilai polarisasi tertinggi diamati dalam arah ikatan kimia.

Karena di non-polar molekul di bawah aksi medan listrik, awan elektron dan inti dipindahkan, maka polarisasi total akan menjadi jumlah polarisasi elektronik dan atom, mis. adalah polarisasi deformasi P def.

P \u003d P def \u003d P el + P di (4.7)

Polarisasi per mol zat disebut polarisasi molar . Perhitungan statistik menunjukkan bahwa polarisasi deformasi materi

P def \u003d 4/3 p N A a def, (4.8)

di mana N A adalah bilangan Avogadro (6,02 × 10 23).

Seperti yang terlihat dari rumus ini, polarisasi molar sama dengan volume satu mol zat. Satuan: [P] = m 3 / mol.

Golongan molekul polar antara lain seperti H 2 O, NH 3, alkohol, keton, asam organik, turunan halogen, senyawa aromatik, dll.

Sebuah molekul terdiri dari partikel netral, bermuatan positif dan negatif. Ada dua jenis molekul - 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 adalah halogen). Ini adalah molekul non-polar dan polar. Molekul polar disebut juga dipol atau dipol.

kutub molekul memiliki beberapa momen dipol permanen 0 . Dalam medan listrik, mereka juga akan mengalami polarisasi deformasi, yang akan menyebabkan peningkatan momen dipol mereka, yaitu. dalam medan listrik, momen dipol molekul polar akan terdiri dari dua komponen: momen dipol intrinsik 0 dan diinduksi (diinduksi) industri

0 + ind (4,9)

Dengan tidak adanya medan eksternal (E = 0), momen dipol molekul polar diarahkan secara acak karena gerakan termal molekul.

Molekul polar berorientasi relatif satu sama lain sebagai akibat dari gaya tarik elektrostatik dari muatan yang berlawanan.

Gerakan termal akan mencegah orientasi molekul polar sepanjang garis kuat medan. Oleh karena itu, dengan meningkatnya suhu, polarisasi orientasi menurun.

Ketika momen dipol induksi terjadi, polarisasi deformasi terjadi P def. Dengan demikian, molekul polar dalam medan listrik konstan mengalami polarisasi orientasi dan deformasi.

Dalam hal ini, polarisasi molar total

P \u003d P atau + P def \u003d P atau + P el + P di (4.10)

Untuk molekul polar Debye menurunkan relasi berikut = , (4.11)

di mana 0 adalah momen dipol intrinsik molekul polar;

k adalah konstanta Boltzmann, sama dengan 1,38×10 -23 J/K;

T adalah suhu mutlak sistem dalam derajat Kelvin;

a adalah deformasi polarisasi molekul.

Untuk molekul non-polar sudah ditulis persamaannya

P \u003d 4/3 pN A a.

Membandingkan rumus (4.8), (4.10), kami memperoleh

P def \u003d 4/3 pN A a

P op \u003d 4/3 pN A (4.12)

Ekspresi (4.12) disebut persamaan debye .

Perlu dicatat bahwa ekspresi untuk polarisasi orientasi dan deformasi hanya valid jika dipol tidak berinteraksi satu sama lain. Ini dimungkinkan ketika jarak antar molekul besar, mis. dalam gas atau dalam larutan encer zat polar dalam pelarut non-polar.

Untuk menentukan struktur molekul, perlu diketahui sifat dasar kelistrikan dan optiknya. Karakteristik listrik tersebut adalah polarisasi sebuah dan momen dipol m. Studi tentang karakteristik molekul ini memberikan informasi berharga tentang distribusi kerapatan elektron dan mobilitas elektron.

Polarisabilitas sebuah dan momen dipol m molekul dapat dengan mudah dihitung dari data permitivitas e dan indeks bias n zat yang berhubungan dengan polarisasi zat tersebut.

Konstanta dielektrik e mencerminkan sifat listrik molekul cair dan sama dengan rasio kapasitansi kapasitor:

di mana C 0 adalah kapasitansi kondensor udara;

C adalah kapasitansi kapasitor yang diisi dengan zat uji.

Nilai ini menunjukkan berapa kali kuat medan listrik berkurang E karena polarisasi materi dibandingkan dengan vakum (E 0).

Sifat optik suatu molekul ditentukan oleh nilai indeks bias.

Indeks bias tergantung pada panjang gelombang dari radiasi insiden dan suhu. Ada hubungan antara indeks bias dan permitivitas suatu zat, yang ditemukan oleh Maxwell:

Semakin banyak polarisasi, semakin banyak e. Permitivitas vakum dapat diambil sebagai satu kesatuan (e 0 = 1).

Dari hukum Coulomb F = berikut bahwa gaya interaksi antara muatan dalam media apa pun di e kali lebih kecil daripada di ruang hampa. Penurunan ini disebabkan oleh polarisasi dalam zat, yaitu. e harus terkait dengan polarisasi sebuah dan polarisasi P.

Hubungan antara besaran-besaran ini dibuat oleh Clausius dan Mossoti untuk dielektrik nonpolar.

, (4.13)

di mana N A adalah bilangan Avogadro;

M adalah massa molar zat;

adalah densitas materi.

Setelah diukur r dan e, adalah mungkin untuk menghitung polarisasi lentur molekul nonpolar. Penuh arti r dan e pada suhu yang berbeda, dapat ditentukan apakah polarisasi bergantung pada suhu.

Untuk zat yang terdiri dari molekul polar, persamaan Debye-Langevin (1912) diturunkan, yang memperhitungkan momen dipol intrinsik 0 molekul. Persamaan Debye-Langevin diturunkan untuk gas polar.

POLARISABILITAS

POLARISABILITAS

Atom, ion, molekul, kemampuan h-c ini untuk memperoleh p (lihat DIPOLE) dalam listrik. E. Munculnya p disebabkan oleh perpindahan listrik. biaya di di. sistem di bawah aksi bidang E; momen induksi p seperti itu menghilang ketika medan dimatikan; konsep P. tidak, sebagai suatu peraturan, mengacu pada orang yang memiliki pos. momen dipol, misalnya. menjadi molekul polar.

Dalam medan yang relatif lemah, ketergantungan p pada E adalah linier:

di mana a memiliki volume, yavl. kuantitas. mengukur P. dan disebut. juga P. Untuk beberapa molekul, nilai P. mungkin bergantung pada arah E (anisotropik P.). Dalam medan kuat, ketergantungan p(E) tidak lagi linier.

Dalam f-le (1) E- listrik. lapangan di lokasi h-tsy, yaitu lapangan lokal; untuk h-tsy yang terisolasi, itu bertepatan dengan ext. ladang Evenesh; dalam cairan atau kristal, Eint ditambahkan ke Evnesh, dibuat oleh muatan sekitarnya dari lainnya di. h-ts.

Ketika medan dihidupkan, p tidak muncul secara instan; pembentukan momen p tergantung pada sifat p-c dan lingkungan. Statis lapangan itu statis. nilai P. Di bidang variabel E, misalnya. berubah secara harmonis. hukum, P. tergantung pada frekuensi w dan waktu pengendapan t. Pada w cukup rendah dan t pendek, momen p diatur dalam fase dengan perubahan E dan P. bertepatan dengan statis. P. Pada w yang sangat tinggi dan t besar, momen p mungkin tidak muncul sama sekali (orang tersebut "tidak merasakan" medan). Dalam kasus antara (terutama ketika w» 1/t), fenomena dispersi dan penyerapan diamati.

Bedakan beberapa. jenis P. Elektronik P. disebabkan oleh pergeseran medan E pada kulit elektron relatif terhadap at. inti; dan sekitar n dan I P. (dalam kristal ionik) - dengan pergeseran ke arah yang berlawanan dari ion yang berlawanan dari posisi kesetimbangan; atom P. disebabkan oleh pergeseran molekul atom dari berbagai jenis (ini terkait dengan distribusi kerapatan elektron yang asimetris dalam molekul). Ketergantungan suhu jenis P. ini lemah: dengan peningkatan suhu P., beberapa. menurun.

Di TV fisika. dan dielektrik cair di bawah P. mengerti lih. P. (polarisasi dielektrik P, dihitung per satu jam dan per unit kekuatan medan listrik: a \u003d P / EN, di mana N adalah jumlah jam per unit volume). P. dielektrik polar disebut. ori e n t a t i o n o y. Polarisasi dielektrik selama transisi tiba-tiba f-tsnya dari satu kemungkinan ke yang lain di bawah aksi medan E dapat dijelaskan dengan memperkenalkan polarisasi relaksasi.Fitur karakteristik dari jenis polarisasi ini adalah ketergantungannya yang tajam pada suhu.

Konsep "P." menerima aplikasi dalam fisika dielektrik, kata mereka. fisika dan kimia. Untuk sistem yang relatif sederhana, hubungan antara P. dan makroskopik. har-kami in-va dijelaskan, misalnya. untuk P. elektronik, rumus Lorentz - Lorentz atau rumus Clausius - Mossotti, dan dengan mempertimbangkan rumus orientasi P. - Langevin - Debye. Dengan bantuan ini dan f-l serupa, adalah mungkin untuk menentukan P secara eksperimental. Konsep "P." digunakan untuk menjelaskan dan mempelajari beberapa optik. fenomena (polarisasi cahaya, hamburan cahaya, aktivitas optik, hamburan cahaya Raman), serta interaksi antarmolekul, terutama dalam sistem molekul poliatomik (khususnya, protein).

Kamus Ensiklopedis Fisik. - M.: Ensiklopedia Soviet. . 1983 .

POLARISABILITAS

atom, ion dan molekul - kemampuan partikel ini untuk memperoleh listrik. momen dipol p . dalam listrik bidang E . Di listrik medan, muatan yang membentuk atom (molekul, ion) dipindahkan satu relatif ke yang lain - partikel tampak terinduksi. momen dipol, yang menghilang ketika medan dimatikan. Konsep P., sebagai suatu peraturan, tidak dikaitkan dengan partikel dengan momen dipol konstan (misalnya, dengan molekul polar). Dalam listrik yang relatif lemah bidang

koefisien juga disebut P., dia adalah kuantitasnya. ukur (memiliki dimensi volume). Untuk sistem atom, misalnya. beberapa molekul, P. dapat bersifat anisotropik. Dalam hal ini, ketergantungannya lebih kompleks:

di mana - peringkat 2 simetris, saya,

pe) berhenti menjadi linier.

Untuk terisolasi saya partikel (misalnya, gas yang dimurnikan), nilai kekuatan medan (medan di lokasi partikel) bertepatan dengan kekuatan eksternal. medan Untuk partikel cairan atau kristal, k ditambahkan - medan yang diciptakan oleh muatan partikel lain yang mengelilingi partikel tersebut (medan lokal).

Saat medan dihidupkan, momen p . tidak muncul secara instan; waktu penyelesaian p untuk setiap jenis partikel berbeda tergantung fisiknya. alam dan ditandai dengan waktu relaksasi

Naib. Konsep polaritas telah diterapkan dalam fisika dielektrik. Di sini menentukan polarisasi medium R, dielektrik dielektrik kerentanan. permeabilitas Dalam kasus yang paling sederhana

(jumlahnya diambil alih semua N partikel per satuan volume). Konsep P. digunakan dalam fisika molekul dan fisika. kimia. Hasil pengukuran P dan optik Ciri-ciri suatu medium selalu mengandung informasi tentang P. partikel penyusunnya.

Kasus statis bidang E merespon secara statis. nilai P., yang merupakan salah satu karakteristik individu yang penting dari partikel. Di AC bidang E (misalnya, dalam kasus paling sederhana, dependensi harmonik E tergantung pada frekuensi osilasi medan dan lebih mudah untuk mewakilinya sebagai kuantitas kompleks:

Karakter spesifik dari perilaku P. di bidang seperti itu terutama bergantung pada waktu relaksasi.Pada frekuensi yang cukup rendah dan momen yang pendek p diatur hampir sefase dengan perubahan di lapangan. Pada torsi yang sangat tinggi atau besar p mungkin tidak terjadi sama sekali; partikel "tidak merasakan" keberadaan medan, P. tidak ada. Dalam kasus antara (terutama pada ), fenomena dispersi dan penyerapan diamati, dan ketergantungannya jelas diucapkan dan kadang-kadang sangat kompleks.

Berikut adalah jenis-jenis P.

Elektronik P. disebabkan oleh pergeseran medan E . kulit elektron relatif terhadap inti atom. Nilai atom dan ion sesuai dengan urutan volumenya sebagai. Elektronik P. terjadi di semua atom dan sistem atom, tetapi dalam beberapa kasus dapat ditutupi karena ukurannya yang kecil oleh jenis P lain yang lebih kuat.

Ionik P. dalam kristal ionik disebabkan oleh perpindahan elastis di lapangan E ion-ion dengan nama yang berlawanan dari posisi kesetimbangannya dalam arah yang berlawanan relatif satu sama lain. Dalam kasus kristal ionik paling sederhana dari jenis NaCl, kuantitasnya

di mana - massa ion, - mereka , -sendiri. frekuensi osilasi elastis ion kristal (cabang optik), - frekuensi eksternal. bidang (untuk bidang statis = 0). Waktu relaksasi c (frekuensi relaksasi = terletak pada daerah spektrum IR).

Atom P. molekul disebabkan oleh perpindahan di lapangan E atom dari berbagai jenis dalam molekul (karena distribusi kerapatan elektron yang asimetris dalam molekul). Jenis P. ini biasanya dibuat. Kadang-kadang, atom P. juga disebut P., terkait dengan perpindahan elektron yang memberikan ikatan kovalen dalam kristal seperti berlian (Ge, Si). Ketergantungan suhu semua jenis P. ini sangat lemah (dengan meningkatnya T Item berkurang sedikit).

Dalam fisika dielektrik, semua jenis polarisasi dikaitkan dengan satu atau beberapa jenis polarisasi lainnya. penting dari mereka adalah orientasi dan relaksasi. Ciri khas dari jenis P. ini adalah ketergantungan yang tajam pada suhu, yang memungkinkan untuk membedakannya selama percobaan. definisi.

Orientasi P. diperkenalkan untuk dielektrik polar (gas, cairan) yang terdiri dari molekul dengan pos. momen dipol, serta untuk kristal, di mana momen dipol dapat berputar. Jika dielektrik terdiri dari molekul identik yang memiliki pos, momen dipol R 0 , lalu orientasi. P. didefinisikan sebagai lih. nilai polarisasi P = terkait dengan satu molekul ( p 0 E i-proyeksi momen molekul pada arah medan E), yaitu

Orientasi di lapangan E terganggu oleh gerakan termal, oleh karena itu sangat tergantung pada suhu:

Relaksasi P. (termal;)

biasanya diperkenalkan untuk kristal ionik, di mana ion yang terikat lemah memiliki dua (atau lebih) posisi kesetimbangan, yang dalam medan E menjadi kemungkinan tidak merata, yang mengarah pada munculnya polarisasi medium dan, akibatnya, kemungkinan memperkenalkan rata-rata (oleh ) P. Perhitungan (dikonfirmasi oleh pengalaman) memberikan: = di mana b adalah jarak antara posisi kesetimbangan ion.

Untuk jenis P. ini, nilainya terletak pada kisaran yang luas dan sangat tergantung pada suhu dan eksternal lainnya. kondisi. Dalam kasus bidang variabel dan tergantung pada frekuensi ext. medan dengan cara yang sama seperti jenis lainnya 11. Ketika mempertimbangkan polarisasi dielektrik heterogen, konsep polarisasi biasanya tidak digunakan.

Dalam literatur tentang fisika dielektrik, P. kadang-kadang disebut. koefisien proporsionalitas antara P dan E(P=E), yaitu dielektrik. kerawanan.

Untuk sistem yang relatif sederhana, hubungan antara P. elektronik dan makroskopik. ciri-ciri suatu zat dijelaskan lorenz- rumus Lorentz atau Clausius- rumus mossotti, dan mempertimbangkan - Langevepa- rumus debye dan modifikasi canggih mereka. Ketergantungan ini adalah dasar untuk exierim. definisi P. ionik ditentukan oleh f-lam tipe (2). Perbandingan eksperimental dan teoritis. data untuk penyerapan dan dispersi e-mag. gelombang, dielektrik. kerugian, dll memberikan informasi baik tentang P. dan tentang jalannya perubahan dengan frekuensi eksternal. bidang. Sifat (dan efek di mana mereka memanifestasikan dirinya) dari banyak molekul dan sistemnya (khususnya, yang anisotropik) sering ditentukan oleh P. dan P. partikel penyusunnya. Contoh sifat dan efek tersebut adalah hamburan (termasuk Raman) cahaya, optik. , efek Ker-ra, dll. Studi P. dan teorinya terkait erat dengan studi interaksi antarmolekul, struktur molekul, terutama yang kompleks seperti, khususnya, protein.

Dalam listrik yang kuat ketergantungan bidang pe) menjadi non-linier (lihat suseptibilitas nonlinier).

Ensiklopedia fisik. Dalam 5 volume. - M.: Ensiklopedia Soviet. Pemimpin Redaksi A. M. Prokhorov. 1988 .

Lihat apa itu "POLARIZABILITY" di kamus lain:

Polarisabilitas adalah sifat fisik zat untuk memperoleh momen dipol listrik atau magnet (polarisasi) dalam medan elektromagnetik eksternal (lihat artikel Polarisasi dielektrik). Istilah polarisasi juga digunakan untuk ... ... Wikipedia

Kemampuan atom, ion, dan molekul dalam medan listrik E untuk memperoleh momen dipol p: p =?E. faktor proporsionalitas? disebut juga polarisasi... Kamus Ensiklopedis Besar

polarisasi- Sifat mengubah kekuatan medan listrik di bawah pengaruh medan listrik yang diterapkan. [L.M. Nevdyaev. Teknologi telekomunikasi. Buku referensi kamus penjelasan bahasa Inggris Rusia. Diedit oleh Yu.M. Gornostaev. Moskow, 2002]… … Buku Pegangan Penerjemah Teknis

Kemampuan atom, ion, dan molekul dalam medan listrik E untuk memperoleh momen dipol p:p = E. Faktor proporsionalitas juga disebut polarisasi. * * * POLARISASI POLARISASI, kemampuan atom, ion, dan molekul untuk ... ... kamus ensiklopedis

polarisasi- poliarizuojamumas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dydis, apibūdinantis polinių molekuler orientaciją elektriniame lauke. atitikmenys: engl. polarisasi vok. Polarisierbarkeit, rus. polarisasi, fpranc.… …

polarisasi- status poliarizuojamumas sebagai T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Medžiagos gebėjimas poliarizuotis. atitikmenys: engl. polarisasi vok. Polarisierbarkeit, rus. polarisasi, f pranc. polarisabilit, f... Penkiakalbis aiskinamesis metrologijos terminų odynas

Ada dua alasan untuk polarisasi materi di bawah aksi medan listrik. Yang pertama terdiri dari perpindahan pusat gravitasi kulit elektron (polarisabilitas yang tepat). Yang kedua adalah aksi orientasi medan, yang dapat mengubah molekul yang memiliki momen dipol konstan (kadang disebut keras) lebih dekat ke arah medan. Oleh karena itu, dapat diterima untuk membagi polarisasi menjadi dua bagian: a - polarisasi yang tepat dan polarisasi orientasional.

Orientasi dipol membutuhkan rotasi molekul secara keseluruhan. Karena inersia molekul, rotasi ini membutuhkan waktu. Dengan osilasi elektromagnetik yang cepat, dipol kaku tidak dapat mengikuti medan. Oleh karena itu, tidak ada polarisasi orientasi untuk gelombang cahaya.

Dengan mengukur indeks bias, kita dapat menemukan polarisasi molekul a. Jika, selain, dan diukur, maka pengurangan akan memberikan nilai polarisasi orientasi

Polarisabilitas orientasi berhubungan langsung dengan momen dipol keras molekul. Mari kita tunjukkan itu

Molekul gas tersebar di ruang dengan orientasi sewenang-wenang karena gerakan kacau termal. Dengan tidak adanya medan, momen dipol molekul memiliki kemungkinan yang sama untuk memiliki orientasi apa pun. Jika suatu bidang dipaksakan, maka situasinya berubah. Energi potensial dipol adalah di mana potensial medan di ujung dipol, yaitu

di mana adalah sudut antara medan dan vektor momen dipol. Energi minimum memiliki dipol yang terbentuk di sepanjang medan, energinya adalah - Gerakan termal mencegah semua dipol mengambil posisi dengan energi minimum. Distribusi kompromi tertentu ditetapkan: perjuangan untuk entropi maksimum dan energi minimum seimbang (lih. hal. 603). Hukum Boltzmann mengungkapkan kompromi ini. Probabilitas bahwa energi suatu molekul terletak di antara adalah proporsional. Oleh karena itu, dalam kasus kami, fraksi molekul yang arah momen dipolnya tertutup di antara sudut-sudutnya adalah

Untuk suhu biasa Bahkan untuk medan terkuat dengan orde 105 V/cm, rasionya akan menjadi orde 0,01 (momen dipol adalah besaran dari orde besarnya. Oleh karena itu, kita dapat membatasi diri kita pada perkiraan dan yang diinginkan fraksi molekul akan sama dengan

Integral dari ekspresi ini dari ke, menurut arti konsep probabilitas, harus sama dengan satu, karena untuk setiap molekul arahnya terletak di suatu tempat antara Kemudian, karena mudah untuk diperiksa, fraksi molekul yang vektor polarisasinya terletak pada interval dari ke akan sama dengan

Proyeksi momen dipol pada arah medan adalah Jika jumlah molekul per satuan volume, maka fraksi yang akan

dimasukkan ke dalam vektor polarisasi oleh molekul-molekul yang cenderung membentuk sudut terhadap medan akan sama dengan

Vektor polarisasi ditemukan dengan mengintegrasikan ekspresi ini dari ke . Kita mendapatkan:

dan, akibatnya, polarisasi orientasi dinyatakan oleh rumus

Hubungan antara polarisasi molekul dan suhu dinyatakan dengan rumus

Kesimpulan teori ini dengan sangat baik dikonfirmasi oleh pengalaman. Dengan mengukur 9 sebagai fungsi dari 7, tidaklah sulit untuk menghitung dari jalur ketergantungan ini kedua parameter yang mencirikan sifat listrik molekul: polarisasi dan momen dipol "keras"

Jadi, data yang diperoleh dari pembiasan (berkenaan dengan a) dapat dibandingkan dengan pengukuran polarisasi

Eksperimen menunjukkan bahwa dalam beberapa kasus interaksi dipol partikel tetangga dapat menyebabkan perubahan yang signifikan dalam permitivitas dibandingkan dengan nilai untuk sistem molekul yang tidak berinteraksi. Pengamatan semacam ini dapat dilakukan dengan mengukur cairan dan gas yang dibangun dari molekul yang sama.

Interaksi partikel juga mempengaruhi konstanta dielektrik kristal.

Dalam padatan kristal, sebagai suatu peraturan, polarisasi listrik hanya terjadi karena deformasi kulit elektron dan pergeseran ion. Tidak ada polarisasi orientasi: rotasi molekul dalam kristal sebagian besar tidak mungkin.

Dalam banyak kristal ionik, kuadrat indeks bias jauh lebih kecil daripada konstanta dielektrik (misalnya, garam batu adalah 2,37 dan 6,3, masing-masing, titanium dioksida adalah 7,3 dan 114, timbal karbonat adalah 4,34 dan 24, dll.). Dalam kristal seperti itu, di bawah aksi medan statis, tidak hanya kulit elektron yang berubah bentuk, tetapi ion-ionnya juga bergeser secara keseluruhan. Sebaliknya, telah ditetapkan bahwa dalam kristal molekul permitivitas tidak berbeda dari kuadrat indeks bias, yang membuktikan adanya polarisasi semata-mata karena deformasi kulit elektron.

Karena tidak ada polarisasi orientasi, kristal memiliki ketergantungan yang lemah dari permitivitas pada suhu.

Kami telah mengatakan secara sepintas bahwa dalam kasus polarisasi orientasi bidang yang berubah dengan cepat tidak ada dan polarisasi molekul menjadi sama dengan pembiasan. Penting untuk mengetahui osilasi medan mana yang harus dianggap cepat. Hal ini ditentukan oleh waktu relaksasi. Jika waktu relaksasi lebih lama dari periode osilasi, maka tidak ada polarisasi orientasi.

Waktu relaksasi dibahas pada halaman 144. Jika dielektrik berada dalam medan konstan, dipolnya akan mengambil beberapa distribusi kesetimbangan dari karakteristik orientasi pada suhu tertentu. Jika medan dimatikan, dipol akan mengalami disorientasi. Namun, itu tidak terjadi secara instan, dan urutannya turun sesuai dengan hukum eksponensial. Kecepatan penurunan ini ditandai dengan waktu relaksasi, waktu di mana polarisasi berkurang oleh suatu faktor. Jika lebih dari periode osilasi, maka sebelum orientasi dipol berubah, medan eksternal akan berubah arahnya. Aksi medan yang begitu cepat tidak akan mempengaruhi perilaku dipol sama sekali. Namun, jika setiap keadaan sesaat berada dalam kesetimbangan dan polarisasi mengikuti medan dengan patuh. Untuk sebagian besar dielektrik, waktu relaksasi sesuai urutan