Em um campo elétrico, um íon ou uma molécula é deformada, ou seja, neles há um deslocamento relativo de núcleos e elétrons. Essa deformabilidade de íons e moléculas é chamada de polarizabilidade. Como os elétrons da camada externa são os menos fortemente ligados no átomo, eles sofrem deslocamento em primeiro lugar.

A polarizabilidade dos ânions, como regra, é muito maior do que a dos cátions.

Com a mesma estrutura das camadas eletrônicas, a polarizabilidade do íon diminui à medida que a carga positiva aumenta, por exemplo, na série:

Para íons de análogos eletrônicos, a polarizabilidade aumenta com o número de camadas de elétrons, por exemplo: ou
.

A polarizabilidade das moléculas é determinada pela polarizabilidade de seus átomos constituintes, configuração geométrica, número e multiplicidade de ligações, etc. A conclusão sobre a polarizabilidade relativa só é possível para moléculas construídas de forma semelhante que diferem por um átomo. Neste caso, a diferença na polarizabilidade das moléculas pode ser julgada pela diferença na polarizabilidade dos átomos.

O campo elétrico pode ser criado tanto por um eletrodo carregado quanto por um íon. Assim, o próprio íon pode exercer um efeito polarizador (polarização) em outros íons ou moléculas. O efeito polarizador de um íon aumenta com o aumento de sua carga e com a diminuição de seu raio.

O efeito polarizador dos ânions é, via de regra, muito menor que o dos cátions. Isso se deve ao grande tamanho dos ânions em comparação com os cátions.

As moléculas têm um efeito polarizador se forem polares; quanto maior for o efeito polarizador, maior será o momento dipolar da molécula.

A capacidade de polarização aumenta na série, porque. os raios aumentam e o campo elétrico criado pelo íon diminui.

ligação de hidrogênio

A ligação de hidrogênio é um tipo especial de ligação química. Sabe-se que compostos de hidrogênio com não-metais fortemente eletronegativos, como F, O, N, têm pontos de ebulição anormalmente altos. Se na série H 2 Te - H 2 Se - H 2 S o ponto de ebulição diminui naturalmente, então na transição de H 2 S para H 2 O há um salto acentuado para um aumento nessa temperatura. O mesmo quadro é observado na série de ácidos hidro-hálicos. Isso indica a presença de uma interação específica entre moléculas de H 2 O e moléculas de HF. Tal interação deve impedir a separação de moléculas umas das outras, ou seja, reduzir sua volatilidade e, consequentemente, aumentar o ponto de ebulição das substâncias correspondentes. Devido à grande diferença no RE, as ligações químicas H–F, H–O e H–N são fortemente polarizadas. Portanto, o átomo de hidrogênio tem uma carga efetiva positiva (δ +), e os átomos de F, O e N têm um excesso de densidade eletrônica e são carregados negativamente ( -). Devido à atração de Coulomb, um átomo de hidrogênio carregado positivamente de uma molécula interage com um átomo eletronegativo de outra molécula. Devido a isso, as moléculas são atraídas umas pelas outras (pontos em negrito indicam ligações de hidrogênio).

Hidrogênio chamada tal ligação, que é formada por meio de um átomo de hidrogênio, que faz parte de uma das duas partículas conectadas (moléculas ou íons). Energia de ligação de hidrogênio ( 21–29 kJ/mol ou 5–7 kcal/mol) aproximadamente 10 vezes menos a energia de uma ligação química comum. E ainda, a ligação de hidrogênio causa a existência em pares de moléculas diméricas (H 2 O) 2, (HF) 2 e ácido fórmico.

Em uma série de combinações de átomos de HF, HO, HN, HCl, HS, a energia da ligação de hidrogênio diminui. Também diminui com o aumento da temperatura, de modo que as substâncias no estado de vapor exibem ligações de hidrogênio apenas em pequena extensão; é característico de substâncias em estado líquido e sólido. Substâncias como água, gelo, amônia líquida, ácidos orgânicos, álcoois e fenóis estão associados a dímeros, trímeros e polímeros. No estado líquido, os dímeros são os mais estáveis.

Ionov, por outro - polarizabilidade.

Ação polarizadora do cátion. Depende da estrutura eletrônica do íon, da magnitude da carga e do raio. O efeito de polarização será tanto mais significativo quanto menor for o raio, o número quântico principal dos orbitais de elétrons externos e quanto maior a carga.

Por exemplo: um forte efeito polarizador é característico dos cátions das primeiras linhas da Tabela Periódica.

polarizabilidade dos ânions. Depende dos mesmos fatores que o efeito polarizador dos cátions. Quanto maior o raio e a carga do ânion, mais ele se polariza.

O efeito polarizador do cátion é puxar a nuvem de elétrons para longe do ânion. Como resultado, o grau de covalência aumenta, a ionicidade da ligação diminui, ou seja, a ligação se torna polar covalente.

A polarização dos íons é oposta em seu efeito à polarização de uma ligação covalente.

Polarizabilidade e suas propriedades

Definição 2

Polarizabilidade- a capacidade de uma substância de adquirir um momento de dipolo elétrico sob a ação de um campo elétrico externo. Esta é a capacidade de deformar a nuvem eletrônica de uma partícula sob a ação do campo eletrostático de outro íon. A ação polarizadora do íon determinará a intensidade desse campo.

A polarizabilidade caracteriza a capacidade de uma molécula se tornar polar como resultado da ação de um campo elétrico externo. O composto também é polarizado pela ação das moléculas umas sobre as outras, por exemplo, durante reações químicas.

O resultado da polarização pode ser uma quebra completa na comunicação. Nesse caso, ocorre a transição do par de elétrons de ligação para um dos átomos e os íons opostos são formados. A quebra de ligação assimétrica com a formação de tais íons é chamada de heterolítica:

Imagem 1.

A polarizabilidade pode ser causada por:

deslocamento de elétrons ou núcleos atômicos sob a ação de um campo elétrico;

mudança na geometria da molécula;

rotação da molécula;

deslocamento de um íon para uma posição cristalográfica livre vizinha (polarizabilidade Scanavi), etc.

A polarizabilidade dos íons depende da estrutura eletrônica do íon, sua carga e tamanho. Em cada subgrupo do sistema periódico, a polarizabilidade dos íons dos elementos aumenta com o aumento de seu número atômico.

O efeito polarizador dos íons é mais significativo do que:

a camada eletrônica do íon é mais estável;

mais carga;

raio iônico menor.

A polarizabilidade aumenta:

com um aumento no tamanho de uma molécula (átomo);

com número atômico crescente;

aumentando a facilidade de excitação do átomo.

Por exemplo: O octano é mais polarizável que o hexano porque tem mais elétrons. Mas o hexadieno também será mais polarizável que o hexano, devido à presença de elétrons móveis $\pi $ no hexadieno. E $\pi $-elétrons são mais sensíveis a mudanças no campo elétrico do que $\sigma $-elétrons.

A polarizabilidade afeta:

acidez e basicidade das moléculas na fase gasosa;

dureza de ácidos e bases de Lewis;

a taxa de substituição nucleofílica.

Cálculo da polarizabilidade das moléculas

A polarização se manifesta no aparecimento de um momento de dipolo induzido $\mu_(ind)$; partículas (como resultado do deslocamento de elétrons e núcleos).

O momento de dipolo induzido é proporcional à força do campo elétrico externo:

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

onde $\mu_ind$ é o momento de dipolo induzido, D;

$\alpha $ -- coeficiente de proporcionalidade -- polarizabilidade da partícula, $\frac(Kl \cdot f (m^2))(B)$;

$E$ -- intensidade do campo elétrico, $B$.

Para íons, a polarizabilidade é proporcional ao cubo de seu raio.

Em um campo elétrico, uma molécula polar com um momento de dipolo constante tem um momento de dipolo induzido adicional. Em seguida, a permissividade relativa total é levada em consideração. Isso é expresso Equação de Debye:

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

onde $N$ é o número de moléculas por unidade de volume da amostra;

$\alpha $ - polarizabilidade da molécula;

$\varepsilon_0$ - momento de dipolo permanente da molécula;

$k$ - constante de Boltzmann;

$T$ - temperatura absoluta.

Se traçarmos a dependência do lado direito desta equação em $\frac(1)(T)$, então

pode-se determinar $\frac(\mu^2)(3\varepsilon_0k)$ e, portanto, o momento dipolar constante da molécula. A polarizabilidade é determinada pelo segmento cortado no eixo y em $\frac(1)(T) = 0$.

Em temperaturas muito altas, o dipolo gira tão rapidamente que sua magnitude é anulada e apenas o dipolo induzido permanece. Ele está localizado na direção do campo que o induz e pode ser preservado nas temperaturas mais altas.

Efeito da polarização nas propriedades das substâncias.

A polarizabilidade pode explicar algumas das propriedades das substâncias:

Solubilidade.

Por exemplo: o cloreto de prata $AgCl$ é muito menos solúvel em água do que o cloreto de sódio $NaCl$ ou o cloreto de potássio $KCl$. O raio do íon prata $Ag^+$ é proporcional aos raios dos íons sódio $Na^+$ e potássio $K^+$, mas a polarizabilidade do íon prata é muito maior (tem $18$ elétrons no nível externo) do que os íons de sódio e potássio. Portanto, a distância internuclear no cloreto de prata é menor e a energia de quebra de ligação é maior do que nas moléculas de cloreto de sódio e potássio.

Temperatura de fusão. A polarização mútua de íons contribui para a destruição de cristais. Nesse caso, a temperatura de fusão diminui e, quanto mais, mais a rede cristalina é deformada.

Por exemplo: Nas moléculas de fluoreto de rubídio $RbF$ e titânio $TiF$ os raios dos cátions são os mesmos, mas o íon titânio $Ti^+$ é mais fortemente polarizado e, portanto, tem um efeito polarizador mais forte no íon flúor $F^ -$ do que o íon rubídio $Rb^+$. O ponto de fusão do fluoreto de rubídio é $798^\circ C$, e mp. fluoreto de titânio $327^\circ C$.

temperatura de dissociação. O processo de polarização será facilitado pelo aumento da temperatura. Nesse caso, a amplitude das oscilações dos íons aumenta, o que às vezes leva a um rearranjo da estrutura da substância. Uma transformação polimórfica é observada. Quando aquecido, uma transição completa de elétrons de um ânion para um cátion também é possível - ocorre a dissociação térmica da substância. Quanto mais forte o efeito de polarização, menor a temperatura de dissociação.

Por exemplo: na série de compostos de um determinado cátion $MCl - MI$ e um determinado nion $NaГ - LiГ$, a temperatura de decomposição diminuirá.

Para determinar a estrutura das moléculas, é necessário conhecer suas características elétricas e ópticas básicas. As características mais importantes são a polarizabilidade e o momento dipolar. O momento de dipolo de uma molécula é sua importante característica física, que está diretamente relacionada à sua estrutura e determina a interação das moléculas polares, bem como sua orientação em um campo elétrico externo, que por sua vez determina propriedades dielétricas da matéria .

O componente mais importante da energia de uma molécula é o eletrônico, que é função da distância internuclear e, em relação ao movimento dos núcleos, desempenha o papel de energia potencial e se reflete na curva de potencial de uma molécula diatômica. (Fig. 4.7).

A energia de ligação pode ser estimada a partir da profundidade do poço potencial (D) na curva de energia potencial E(r).

Na molécula de água, o átomo de oxigênio tem dois elétrons p desemparelhados, que ocupam dois orbitais localizados em ângulos retos (90 0) entre si. Cada átomo de hidrogênio tem um elétron s. A molécula de água é formada pela sobreposição de dois orbitais de elétrons p e dois orbitais s. Além disso, as duas ligações covalentes formadas devem fazer um ângulo de 90 0 (Fig. 4.8).

De fato, o ângulo entre as ligações nas moléculas:

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

Arroz. 4.8. Esquema da formação de ligações químicas em uma molécula de água

O desvio do ângulo entre as ligações de 90 0 pode ser explicado pela polaridade da ligação ELE, ou seja o par de elétrons, devido ao qual a ligação é formada, é atraído para o átomo de oxigênio. Como resultado, os átomos de hidrogênio têm alguma carga positiva; repulsão de cargas positivas leva a um aumento no ângulo entre as ligações. Conexão H–S menos polar, então o desvio é menor. Esta explicação da estrutura das moléculas de água e sulfeto de hidrogênio é ilustrativa, mas um tanto simplificada.

A polaridade de uma ligação química. Qualquer molécula é uma coleção de núcleos atômicos carregados positivamente e uma nuvem de elétrons carregada negativamente. Se a distribuição da nuvem eletrônica na molécula é tal que os centros elétricos das cargas positivas dos núcleos e a carga negativa da nuvem eletrônica são deslocados um em relação ao outro, então molécula representa dipolo e chamou polar.

A medida da polaridade é a magnitude do momento de dipolo, que é igual ao produto da carga qà distância eu entre cobranças

– uma quantidade vetorial, denotada por uma seta direcionada do centro da carga negativa para o centro da carga positiva.

Conclusão: devido à assimetria da densidade eletrônica na molécula, momento dipolar. A assimetria da distribuição da densidade eletrônica é devido à natureza química e estrutura da molécula., ou seja de quais átomos é formado, qual é a natureza das ligações químicas, qual é o comprimento, a direção da ligação; se a hibridização de orbitais ocorre, a presença de pares de elétrons não compartilhados.

Na fig. 4.9 mostra a ocorrência de um momento dipolar em uma molécula diatômica AB:

Arroz. 4.9. Momento dipolar de uma molécula diatômica

A medição do momento de dipolo pode dar uma ideia da simetria da configuração de equilíbrio da molécula.

Ao calcular os momentos de dipolo das moléculas, os momentos de dipolo das ligações individuais são frequentemente usados.

Adição dois vetores podem ser produzidos graficamente de acordo com a regra do paralelogramo

ou analiticamente pela fórmula (4.2), que expressa o teorema do cosseno:

, (4.2)

onde j é o ângulo entre duas ligações químicas polares;

1 e 2 são momentos de dipolo.

O resultado da adição de vetores depende da simetria no arranjo das ligações polares na molécula. Nesse caso, pode ocorrer compensação mútua parcial e até completa dos momentos dipolares das ligações individuais. Em moléculas simetricamente construídas, não há momento de dipolo, embora algumas ligações sejam polares.

Por exemplo, moléculas de CO 2, CS 2, CCl 4.

Assim, moléculas e ligações que têm uma distribuição assimétrica de cargas elétricas são chamadas de polar . Moléculas polares têm um momento de dipolo diferente de 0 ( ¹ 0).

Ao calcular os momentos dipolares de moléculas orgânicas complexas de acordo com o esquema vetorial, é preferível usar não momentos de laços individuais , mas o chamado momentos em grupo caracterizando o valor e a direção do vetor do momento dipolar de uma molécula contendo um ou outro grupo de átomos (substituinte) X associado a um radical fenil (C 6 H 5) ou metil (CH 3).

momento dipolar do grupo um sinal de mais é atribuído se o pólo positivo do dipolo da molécula C 6 H 5 X (ou CH 3 X) estiver no substituinte X (os substituintes doadores de elétrons são CH 3, CH 3 O, NH 2, etc.) .

Pelo contrário, os grupos que são centros de carga negativa são caracterizados por um valor negativo do momento do grupo (substituintes retiradores de elétrons -Cl, Br, NO 2, etc.).

O cálculo do momento dipolar de moléculas contendo dois substituintes X 1 e X 2 é realizado de acordo com a fórmula:

onde: m 1, m 2 - momentos de grupo dos substituintes;

q é o ângulo entre o vetor momento de grupo do substituinte e a direção da ligação deste com o átomo de carbono vizinho;

j é o ângulo entre as direções de ligação dos substituintes C-X 1 e C-X 2 .

Coloquemos alguma substância em um campo elétrico criado por um capacitor, uma molécula polar, um íon. Neste caso, as cargas negativas e positivas da molécula são deslocadas em relação aos seus centros de gravidade na ausência de um campo. As mudanças que os átomos, moléculas e íons sofrem sob a influência de um campo elétrico são chamadas de polarização. P).

Distinguir:

polarização eletrônica - P el;

polarização atômica - P at;

polarização orientacional - P op.

Além disso, a polarização total P é encontrada como a soma de todos os tipos de polarização.

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

Na ausência de um campo elétrico, os centros de cargas positivas e negativas coincidem e o momento de dipolo = 0 (ver Fig. 4)

Arroz. 4.10. Efeito de um campo elétrico constante no comportamento

moléculas apolares

Sob a ação de um campo elétrico, as cargas são deslocadas uma em relação à outra por uma distância eu, ou seja ocorre a polarização.

Na partícula existe induzido (ou induzida) momento dipolar

Ind = q × , (4.4)

que depende da intensidade do campo elétrico atuante E.

Essa dependência pode ser expressa como uma série de expansão de poderes:

Ind = aE + bE 2 + + . . .

Em pequeno E, que é o caso dos campos elétricos criados por moléculas ou íons polares, podemos nos restringir ao primeiro termo, ou seja,

ind = aE (4,5)

Fator de proporcionalidade uma chamado polarizabilidade. Caracteriza a capacidade quantitativa das moléculas de polarizar e mostra que tipo de momento de dipolo é criado em uma força de campo de E = 1V.

Quanto maior a, mais fácil a molécula é polarizada.

A polarizabilidade tem a dimensão do volume no sistema cgs

; [a] = cm 3 ou m 3

Valor de polarização moléculas tem a ordem de 1A 3 (1A 3 \u003d 10 -30 m 3 \u003d 10 -24 cm 3) e caracteriza o volume da nuvem de elétrons, ou seja polarizabilidade aproximadamente igual em tamanho o volume da molécula . Isto é significado físico de polarizabilidade . No entanto, no sistema SI, essa visibilidade para uma está perdido, porque no sistema SI, a dimensão

[a] =

A polarizabilidade associada à deformação da partícula é chamada de polarizabilidade da deformação. Caracteriza o deslocamento da nuvem de elétrons e núcleos em relação às suas posições iniciais.

A polarizabilidade da deformação consiste nos componentes eletrônicos e atômicos:

a def = a el + a em (4.6)

Os núcleos são menos móveis que os elétrons. Portanto, a polarizabilidade atômica é frequentemente negligenciada, ou seja, a def » a el.

Para moléculas, a polarizabilidade da deformação pode ser diferente em diferentes direções, ou seja, propriedade manifestada anisotropia polarizabilidade. E o maior valor de polarizabilidade é observado na direção das ligações químicas.

Porque em não polar moléculas sob a ação de um campo elétrico, a nuvem de elétrons e os núcleos são deslocados, então a polarização total será a soma da polarização do eletrônico e do atômico, ou seja, é a polarização da deformação P def.

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

A polarização por mol de uma substância é chamada polarização molar . Cálculos estatísticos mostram que a polarização da deformação da matéria

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

onde NA é o número de Avogadro (6,02 × 10 23).

Como pode ser visto nesta fórmula, polarização molar igual ao volume de um mol da substância. Unidade: [P] = m3/mol.

O grupo de moléculas polares inclui H 2 O, NH 3, álcoois, cetonas, ácidos orgânicos, derivados de halogênio, compostos aromáticos, etc.

Uma molécula consiste em partículas neutras, carregadas positivamente e negativamente. Existem dois tipos de moléculas - com uma distribuição de carga simétrica (H 2, CH 4, C 6 H 6, etc.) e assimétrica (HX, CH 3 X, C 6 H 5 X; X é halogênio). São moléculas apolares e polares. Uma molécula polar também é chamada de dipolo ou dipolo.

Polar moléculas têm algum momento de dipolo permanente 0 . Em um campo elétrico, eles também sofrerão polarização de deformação, o que levará a um aumento em seu momento de dipolo, ou seja, em um campo elétrico, o momento de dipolo de uma molécula polar consistirá em dois componentes: o momento de dipolo intrínseco 0 e induzido (induzido) indústria

0 + ind (4,9)

Na ausência de um campo externo (E = 0), os momentos de dipolo das moléculas polares são direcionados aleatoriamente devido ao movimento térmico das moléculas.

As moléculas polares são orientadas umas em relação às outras como resultado da atração eletrostática de cargas opostas.

O movimento térmico impedirá a orientação das moléculas polares ao longo das linhas de força do campo. Portanto, com o aumento da temperatura, a polarização orientacional diminui.

Quando ocorre um momento de dipolo induzido, ocorre a polarização da deformação P def. Assim, moléculas polares em um campo elétrico constante sofrem polarização orientacional e de deformação.

Neste caso, a polarização molar total

P \u003d P ou + P def \u003d P ou + P el + P em (4.10)

Por moléculas polares Debye derivou a seguinte relação П = , (4.11)

onde 0 é o momento de dipolo intrínseco da molécula polar;

k é a constante de Boltzmann, igual a 1,38×10 -23 J/K;

T é a temperatura absoluta do sistema em graus Kelvin;

a é a polarizabilidade de deformação das moléculas.

Por moléculas apolares já escrevi a equação

P \u003d 4/3 pN A a.

Comparando as fórmulas (4.8), (4.10), obtemos

P def \u003d 4/3 pN A a

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

A expressão (4.12) é chamada Equação de Debye .

Deve-se notar que as expressões para as polarizações orientacionais e de deformação são válidas somente se os dipolos não interagirem entre si. Isso é possível quando a distância entre as moléculas é grande, ou seja, em gases ou em soluções diluídas de substâncias polares em solventes apolares.

Para determinar a estrutura das moléculas, é necessário conhecer suas características elétricas e ópticas básicas. Tais características elétricas são a polarizabilidade uma e momento dipolar m. O estudo dessas características das moléculas fornece informações valiosas sobre a distribuição da densidade eletrônica e da mobilidade eletrônica.

Polarizabilidade uma e momento dipolar m moléculas podem ser facilmente calculadas a partir de dados de permissividade e e índice de refração n substâncias que estão associadas à polarização da substância.

A constante dielétrica e reflete as propriedades elétricas das moléculas líquidas e é igual à razão das capacitâncias dos capacitores:

onde C 0 é a capacitância de um condensador de ar;

C é a capacitância do capacitor preenchido com a substância de teste.

Este valor mostra quantas vezes a intensidade do campo elétrico diminui E devido à polarização da matéria em relação ao vácuo (E 0).

As propriedades ópticas de uma molécula são determinadas pelo valor do índice de refração.

O índice de refração depende do comprimento de onda da radiação incidente e da temperatura. Existe uma relação entre o índice de refração e a permissividade de uma substância, descoberta por Maxwell:

Quanto mais polarização, mais e. A permissividade do vácuo pode ser tomada como unidade (e 0 = 1).

Da lei de Coulomb F = segue que a força de interação entre cargas em qualquer meio em e vezes menor que no vácuo. Esta diminuição é causada pela polarização dentro da substância, ou seja, e deve estar relacionado com a polarizabilidade uma e polarização P.

Tal relação entre essas quantidades foi estabelecida por Clausius e Mossoti para um dielétrico apolar.

, (4.13)

onde NA é o número de Avogadro;

M é a massa molar da substância;

é a densidade da matéria.

Tendo medido r e e, é possível calcular a polarização de flexão de moléculas apolares. Conhecendo r e e em diferentes temperaturas, pode-se estabelecer se a polarização depende da temperatura.

Para substâncias constituídas por moléculas polares, derivou-se a equação de Debye-Langevin (1912), que leva em consideração o momento de dipolo intrínseco 0 moléculas. A equação de Debye-Langevin foi derivada para gases polares.

POLARIZABILIDADE

POLARIZABILIDADE

Átomos, íons, moléculas, a capacidade destes h-c para adquirir p (ver DIPOLO) em elétrica. E. O aparecimento de p é devido ao deslocamento do elétrico. encargos em em. sistemas sob a ação do campo E; tal momento induzido p desaparece quando o campo é desligado; o conceito de P. não se refere, via de regra, a pessoas que têm um cargo. momento de dipolo, por exemplo. para moléculas polares.

Em campos relativamente fracos, a dependência de p em E é linear:

onde a tem volume, yavl. quantidades. medida P. e chamado. também P. Para algumas moléculas, o valor de P. pode depender da direção de E (P. anisotrópico). Em campos fortes, a dependência de p(E) deixa de ser linear.

Em f-le (1) E- elétrico. o campo na localização do h-tsy, isto é, o campo local; para um h-tsy isolado, coincide com ext. o campo Evnesh; em um líquido ou cristal, Eint é adicionado a Evnesh, criado pelas cargas circundantes de outros at. h-ts.

Quando o campo é ligado, p não aparece instantaneamente; o estabelecimento do momento p depende da natureza de p-c e do ambiente. Estático o campo é estático. valor P. No campo variável E, por exemplo. mudando harmonicamente. lei, P. depende de sua freqüência w e do tempo de acomodação t. Em w suficientemente baixo e t curto, o momento p é colocado em fase com mudanças em E e P. coincide com estático. P. Em w muito alto e t grande, o momento p pode não surgir (a pessoa "não sente" o campo). Em casos intermediários (especialmente quando w» 1/t), observam-se os fenômenos de dispersão e absorção.

Distinguir vários. tipos de P. Eletrônico P. é devido a um deslocamento no campo E das camadas eletrônicas em relação a at. núcleos; e cerca de n e I P. (em cristais iônicos) - com um deslocamento em direções opostas de íons opostos da posição de equilíbrio; atômico P. é devido a um deslocamento na molécula de átomos de diferentes tipos (está associado a uma distribuição assimétrica da densidade eletrônica na molécula). A dependência da temperatura desses tipos de P. é fraca: com um aumento na temperatura de P., vários. diminui.

Na TV física. e dielétricos líquidos sob P. entenda cf. P. (polarização de dielétricos P, calculado por uma hora e por unidade de intensidade do campo elétrico: a \u003d P / EN, onde N é o número de horas por unidade de volume). P. dielétricos polares chamados. ori e n t a t i o n o y. A polarização dos dielétricos durante as transições abruptas de seus f-ts de um possível para outro sob a ação de um campo E pode ser descrita pela introdução da polarização de relaxação.Uma característica desses tipos de polarização é sua acentuada dependência da temperatura.

O conceito de "P." recebeu aplicação na física dos dielétricos, dizem eles. física e Quimica. Para sistemas relativamente simples, a conexão entre P. e macroscópico. har-kami in-va é descrito, por exemplo. para P. eletrônico, fórmula de Lorentz - Lorentz ou fórmula de Clausius - Mossotti, e levando em consideração a fórmula orientacional P. - Langevin - Debye. Com a ajuda destes e similares f-l, é possível determinar experimentalmente P. O conceito de "P". usado para explicar e estudar algumas ópticas. fenômenos (polarização da luz, espalhamento da luz, atividade óptica, espalhamento Raman da luz), bem como interações intermoleculares, especialmente em sistemas de moléculas poliatômicas (em particular, proteínas).

Dicionário Enciclopédico Físico. - M.: Enciclopédia Soviética. . 1983 .

POLARIZABILIDADE

átomos, íons e moléculas - a capacidade dessas partículas de adquirir eletricidade. momento dipolar p . em elétrica campo E . Na elétrica campo, as cargas que compõem os átomos (moléculas, íons) são deslocadas uma em relação à outra - a partícula aparece induzida. momento de dipolo, que desaparece quando o campo é desligado. O conceito de P., via de regra, não é atribuído a partículas com momento de dipolo constante (por exemplo, a moléculas polares). Em eletricidade relativamente fraca Campos

coeficiente também chamado P., ele é a quantidade dela. medida (tem a dimensão do volume). Para sistemas atômicos, por exemplo. algumas moléculas, P. pode ser anisotrópica. Neste caso, a dependência é mais complexa:

onde - 2º posto simétrico, eu,

educaçao Fisica) deixa de ser linear.

Para isolado euª partícula (por exemplo, um gás rarefeito), o valor da força do campo (campo no local da partícula) coincide com a força do externo. campo Para partículas de um líquido ou cristal, k é adicionado ao campo criado pelas cargas de outras partículas que cercam o dado (campo local).

Quando o campo é ligado, o momento p . não aparece instantaneamente; tempo de acomodação p para cada tipo de partículas é diferente dependendo do seu físico. natureza e caracteriza-se por momentos de relaxamento

Naib. O conceito de polaridade tem sido aplicado na física dos dielétricos. Aqui determina a polarização do meio R, dielétrico dielétrico de suscetibilidade. permeabilidade No caso mais simples

(a soma é tomada sobre todos os N partículas por unidade de volume). O conceito de P. é usado na física das moléculas e física. química. Resultados de medição P e óptico As características de um meio sempre contêm informações sobre o P. de suas partículas constituintes.

O caso da estática Campos E responde estaticamente. o valor de P., que é uma das características individuais importantes das partículas. Em CA campo E (por exemplo, no caso mais simples, dependências harmônicas E depende da frequência das oscilações do campo e é conveniente representá-la como uma quantidade complexa:

O caráter específico do comportamento de P. em tal campo depende principalmente do tempo de relaxamento. Em frequências suficientemente baixas e momentos curtos p é definido quase em fase com a mudança no campo. Em torque muito alto ou grande p pode não ocorrer; a partícula "não sente" a presença do campo, P. está ausente. Em casos intermediários (especialmente em ), fenômenos de dispersão e absorção são observados, e a dependência é claramente pronunciada e às vezes muito complexa.

Existem os seguintes tipos de P.

P. eletrônico é devido a uma mudança no campo E . camadas de elétrons em relação aos núcleos atômicos. O valor para átomos e íons é da ordem de seu volume Como. O P. eletrônico ocorre em todos os átomos e sistemas atômicos, mas em alguns casos pode ser mascarado devido ao seu pequeno tamanho por outros tipos mais fortes de P.

Ionic P. em cristais iônicos é devido ao deslocamento elástico no campo Eíons de nomes opostos de suas posições de equilíbrio em direções opostas em relação um ao outro. No caso mais simples de cristais iônicos do tipo NaCl, a quantidade

onde - massas de íons, - seus , -próprios. a frequência de oscilações elásticas dos íons do cristal (ramo óptico), - a frequência do externo. campos (para campos estáticos = 0). Tempo de relaxamento c (frequência de relaxamento = encontra-se na região IR do espectro).

P atômico de moléculas é devido a um deslocamento no campo Eátomos de diferentes tipos na molécula (devido à distribuição assimétrica da densidade eletrônica na molécula). Esse tipo de P. geralmente é formado.Às vezes, o P. atômico também é chamado de P., associado ao deslocamento de elétrons que fornecem ligações covalentes em cristais como o diamante (Ge, Si). A dependência da temperatura de todos esses tipos de P. T O item diminui um pouco).

Na física dos dielétricos, todos os tipos de polarização estão associados a um ou outro tipo de polarização. importantes são a orientação e o relaxamento. Uma característica desses tipos de P. é uma forte dependência da temperatura, o que permite distingui-los durante os experimentos. definições.

A orientação P. é introduzida para dielétricos polares (gases, líquidos) consistindo de moléculas com um pino. momentos de dipolo, bem como para cristais, nos quais os momentos de dipolo podem girar. Se o dielétrico consiste em moléculas idênticas com um pós, momento de dipolo R 0 , depois orientação. P. é definido como cf. valor de polarização P= relacionado a uma molécula ( p 0 E i-projeção do momento da molécula na direção do campo E), ou seja

Orientação em campo E perturbado pelo movimento térmico, portanto, depende fortemente da temperatura:

Relaxamento P. (térmico;)

é geralmente introduzido para cristais iônicos, onde íons fracamente ligados têm duas (ou mais) posições de equilíbrio, que no campo E tornam-se desigualmente prováveis, o que leva ao aparecimento de uma polarização do meio e, consequentemente, à possibilidade de introduzir uma média (por ) P. O cálculo (confirmado pela experiência) dá: = onde bé a distância entre as posições de equilíbrio dos íons.

Para esses tipos de P., os valores encontram-se em uma ampla faixa e são altamente dependentes da temperatura e de outros fatores externos. condições. No caso de campos variáveis ​​e dependem da frequência ext. campos da mesma forma que outros tipos 11. Ao considerar a polarização de dielétricos heterogêneos, o conceito de polarização geralmente não é usado.

Na literatura sobre a física dos dielétricos, P. às vezes é chamado. coeficiente proporcionalidade entre P e E(P=E), ou seja, dielétrico. suscetibilidade.

Para sistemas relativamente simples, a relação entre P. eletrônico e macroscópico. características de uma substância são descritas Lorenz- Fórmula de Lorentz ou Clausius- fórmula mossotti, e tendo em conta - Langevepa- Fórmula Debye e suas modificações sofisticadas. Essas dependências são a base para exierim. definições Ionic P. é determinado por f-lams do tipo (2). Comparação de experimental e teórico. dados para a absorção e dispersão de e-mag. ondas, dielétrico. perdas, etc. dá informações sobre P. e sobre o curso de suas mudanças com a frequência de externo. Campos. As propriedades (e os efeitos em que se manifestam) de muitas moléculas e seus sistemas (em particular, os anisotrópicos) são muitas vezes determinados por seus P. e P. de suas partículas constituintes. Exemplos de tais propriedades e efeitos são a dispersão (incluindo Raman) de luz, óptica. , o efeito Ker-ra, etc. O estudo de P. e sua teoria estão intimamente ligados ao estudo das interações intermoleculares, a estrutura das moléculas, especialmente as complexas como, em particular, as proteínas.

Em forte elétrica dependência de campos educaçao Fisica) torna-se não linear (consulte suscetibilidades não lineares).

Enciclopédia física. Em 5 volumes. - M.: Enciclopédia Soviética. Editor-chefe A. M. Prokhorov. 1988 .

Veja o que é "POLARIZABILITY" em outros dicionários:

Polarizabilidade é a propriedade física das substâncias de adquirir um momento de dipolo elétrico ou magnético (polarização) em um campo eletromagnético externo (ver artigo Polarização de dielétricos). O termo polarizabilidade também é usado para ... ... Wikipedia

A capacidade de átomos, íons e moléculas em um campo elétrico E para adquirir um momento de dipolo p: p =?E. fator de proporcionalidade? também chamado de polarizabilidade... Grande Dicionário Enciclopédico

polarizabilidade- A propriedade de alterar a intensidade de um campo elétrico sob a influência de um campo elétrico aplicado. [L.M. Nevdyaev. Tecnologias de telecomunicações. Livro de referência do dicionário explicativo inglês russo. Editado por Yu.M. Gornostaev. Moscou, 2002]… … Manual do Tradutor Técnico

A capacidade de átomos, íons e moléculas em um campo elétrico E para adquirir um momento de dipolo p:p = αE. O fator de proporcionalidade α também é chamado de polarizabilidade. * * * POLARIZABILIDADE POLARIZABILIDADE, a capacidade de átomos, íons e moléculas de ... ... dicionário enciclopédico

polarizabilidade- poliarizuojamumas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dydis, apibūdinantis polinių molekulių orientaciją elektriniame lauke. atitikmenys: ingl. polarizabilidade vok. Polarisierbarkeit, f rus. polarizabilidade, fpranc.… …

polarizabilidade- poliarizuojamumas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Medžiagos gebėjimas poliarizuotis. atitikmenys: ingl. polarizabilidade vok. Polarisierbarkeit, f rus. polarizabilidade, f pranc. polarizabilite, f... Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Há duas razões para a polarização da matéria sob a ação de um campo elétrico. A primeira consiste no deslocamento do centro de gravidade da camada eletrônica (polarizabilidade adequada). A segunda é a ação de orientação do campo, que pode aproximar as moléculas que têm um momento de dipolo constante (às vezes chamado de duro) da direção do campo. Portanto, aceita-se dividir a polarizabilidade em duas partes: a - polarizabilidade própria e polarizabilidade orientacional.

A orientação do dipolo requer a rotação da molécula como um todo. Devido à inércia da molécula, essa rotação leva algum tempo. Com oscilações eletromagnéticas rápidas, um dipolo rígido não pode seguir o campo. Portanto, não há polarizabilidade orientacional para ondas de luz.

Medindo o índice de refração, podemos encontrar a polarizabilidade a da molécula. Se, além disso, e for medido, a subtração dará o valor da polarizabilidade orientacional

A polarizabilidade orientacional está diretamente relacionada ao momento de dipolo duro da molécula. Vamos mostrar que

As moléculas de gás estão espalhadas no espaço com orientações arbitrárias devido ao movimento caótico térmico. Na ausência de um campo, o momento de dipolo de uma molécula tem a mesma probabilidade de ter qualquer orientação. Se um campo for imposto, a situação muda. A energia potencial do dipolo é onde estão os potenciais de campo nas extremidades do dipolo, ou seja,

onde é o ângulo entre os vetores campo e momento de dipolo. A energia mínima tem um dipolo estabelecido ao longo do campo, sua energia será - O movimento térmico impede que todos os dipolos tomem uma posição com um mínimo de energia. Uma certa distribuição de compromisso é estabelecida: a busca por entropia máxima e energia mínima são equilibradas (cf. p. 603). A lei de Boltzmann expressa esse compromisso. A probabilidade de que a energia de uma molécula esteja no meio é proporcional. No nosso caso, portanto, a fração de moléculas em que as direções dos momentos de dipolo estão entre os ângulos será

Para temperaturas normais Mesmo para os campos mais fortes da ordem de 105 V/cm, a razão será da ordem de 0,01 (os momentos dipolares são grandezas da ordem de grandeza. fração de moléculas será igual a

A integral desta expressão sobre de a, de acordo com o significado do conceito de probabilidade, deve ser igual a um, pois para qualquer molécula a direção está em algum lugar entre Então, como é fácil verificar, a fração de moléculas cujo vetor de polarização está no intervalo de até será igual a

A projeção do momento de dipolo na direção do campo é Se o número de moléculas por unidade de volume, então a fração que será

introduzido no vetor de polarização por moléculas inclinadas em um ângulo com o campo será igual a

O vetor de polarização é encontrado integrando esta expressão de até . Nós temos:

e, consequentemente, a polarizabilidade orientacional é expressa pela fórmula

A relação entre polarização molecular e temperatura é expressa pela fórmula

Esta conclusão da teoria é excelentemente confirmada pela experiência. Ao medir 9 em função de 7, não é difícil calcular a partir do curso dessa dependência ambos os parâmetros que caracterizam as propriedades elétricas da molécula: a polarizabilidade e o momento dipolar “duro”

Assim, os dados obtidos da refração (em relação a a) podem ser comparados com as medições de polarização

Experimentos mostram que em alguns casos a interação de dipolos de partículas vizinhas pode levar a mudanças significativas na permissividade em relação ao valor para um sistema de moléculas não interativas. Esse tipo de observação pode ser feito medindo líquidos e gases formados a partir das mesmas moléculas.

A interação das partículas também afeta a constante dielétrica dos cristais.

Em sólidos cristalinos, como regra, a polarização elétrica ocorre apenas devido à deformação da camada de elétrons e deslocamentos de íons. Não há polarização orientacional: as rotações de moléculas em um cristal são quase impossíveis.

Em muitos cristais iônicos, o quadrado do índice de refração é muito menor que a constante dielétrica (por exemplo, sal-gema é 2,37 e 6,3, respectivamente, dióxido de titânio é 7,3 e 114, carbonato de chumbo é 4,34 e 24, etc.). Em tais cristais, sob a ação de um campo estático, não apenas a camada eletrônica é deformada, mas os íons também são deslocados como um todo. Pelo contrário, foi estabelecido que em cristais moleculares a permissividade não difere do quadrado do índice de refração, o que comprova a presença de polarização apenas devido à deformação da camada eletrônica.

Como não há polarização orientacional, os cristais têm uma dependência fraca da permissividade em relação à temperatura.

Já dissemos de passagem que, no caso de um campo de mudança rápida, a polarização orientacional está ausente e a polarização molecular torna-se igual à refração. É importante saber quais oscilações de campo devem ser consideradas rápidas. Isso é determinado pelo tempo de relaxamento. Se o tempo de relaxamento for muito maior que o período de oscilação, então não há polarização orientacional.

O tempo de relaxação foi discutido na página 144. Se o dielétrico estiver em um campo constante, seus dipolos assumirão alguma distribuição de orientação de equilíbrio característica de uma dada temperatura. Se o campo for desligado, os dipolos ficarão desorientados. No entanto, isso não ocorre instantaneamente e a ordem cai de acordo com uma lei exponencial. A velocidade desse declínio é caracterizada pelo tempo de relaxamento, o tempo durante o qual a polarização diminui por um fator. Se muito mais do que o período de oscilação, antes que a orientação dos dipolos mude, o campo externo mudará sua direção. A ação de um campo tão rápido não afetará o comportamento dos dipolos. Se, no entanto, cada estado instantâneo estiver em equilíbrio e a polarização seguir obedientemente o campo. Para a maioria dos dielétricos, os tempos de relaxação são da ordem