Dipolmomentumok

Dipolmomentumok

Dipolmomentum

Ha két ellentétes előjelű és azonos nagyságú elektromos töltés távolságban van egymástól, elektromos dipólus jön létre. A dipólus nagyságát a dipólusmomentummal (\(\(\mu\)) mérjük. A dipólusmomentumot Debye-egységekben mérik, ami egyenlő a töltések közötti távolság és a töltés szorzatával (1 Debye egyenlő \(3,34 \szor 10^{-30}\; C\, m\)). A molekula dipólusmomentuma az \(\ref{1}\) egyenlet alapján számítható ki:

\

hol

• \(\vec{\mu}\) a dipólusmomentum vektor
• \(q_i\) az \(i^{th}\) töltés nagysága, és
• \(\vec{r}_i\) az \(i^{th}\) töltés helyzetét jelölő vektor.

A dipólusmomentum a vektormennyiség irányában hat. Egy példa a poláros molekulára a \(\ce{H_2O}\). Az oxigén magányos párja miatt az \(\ce{H_2O}\) szerkezete hajlított (a VEPSR elmélet révén), ami miatt az egyes kötések dipólusmomentumát reprezentáló vektorok nem egyenlítik ki egymást. Ezért a víz poláris.

A vektor pozitívból negatívba mutat, mind a molekuláris (nettó) dipólusmomentumra, mind az egyes kötési dipólusokra. Az A2. táblázat néhány gyakori elem elektronegativitását mutatja. Minél nagyobb a különbség a két atom elektronegativitása között, annál elektronegatívabb az adott kötés. Ahhoz, hogy poláris kötésnek tekintsük, az elektronegativitáskülönbségnek nagynak kell lennie. A dipólusmomentum az egyes kötések elektronegativitásaiból összeadott vektormennyiség irányába mutat.

Viszonylag könnyen mérhető a dipólusmomentum; elég egy anyagot töltött lemezek közé helyezni (\(\PageIndex{2}\ ábra)), és a poláros molekulák növelik a lemezeken tárolt töltést, így megkapható a dipólusmomentum (azaz a rendszer kapacitása révén). A nem poláros \(\ce{CCl_4}\) nem térül el; a mérsékelten poláros aceton enyhén térül el; az erősen poláros víz erősen térül el. Általában a poláros molekulák igazodnak egymáshoz: (1) elektromos térben, (2) egymáshoz képest, vagy (3) ionokhoz képest (\(\PageIndex{2}\) ábra).

Az \(\ref{1}\) egyenlet leegyszerűsíthető egy egyszerű szeparált kétmolekulás, kétmolekulájútöltésrendszerre, mint a kétatomos molekulák, vagy ha egy molekulán belüli kötési dipólust tekintünk

\

Ezt a kötési dipólust az \(Q^+\) és \(Q^-\) részleges töltések közötti \(r\) távolságra történő töltésszétválasztásból származó dipólusként értelmezzük (vagy a gyakrabban használt \(δ^+\) – \(δ^-\) kifejezésekkel); a dipólus iránya a kötés tengelye mentén van. Tekintsünk egy egyszerű, egyetlen elektronból és protonból álló rendszert, melyeket egy fix távolság választ el egymástól. Ha a proton és az elektron közel kerül egymáshoz, a dipólusmomentum (a polaritás mértéke) csökken. Ahogy azonban a proton és az elektron távolodik egymástól, a dipólusmomentum növekszik. Ebben az esetben a dipólusmomentum a következőképpen számítható (az \(\ref{1a}\) egyenlet segítségével):

\ &= (1,60 \times 10^{-19}\, C)(1,00 \times 10^{-10} \,m) \nem szám \\\\ &= 1,60 \times 10^{-29} \,C \cdot m \label{2} \end{align}\]

A Debye a dipólusmomentum nagyságát jellemzi. Ha egy proton & elektron 100 pm távolságra van egymástól, a dipólusmomentum \(4.80\; D\):

\ &= 4.80\; D \label{3} \end{align}\]

\(4.80\; D\) egy kulcsfontosságú referenciaérték, és egy tiszta +1 és -1 töltést jelent, amelyek 100 pm távolságban vannak egymástól. Ha a töltésszeparációt növelnénk, akkor a dipólusmomentum (lineárisan) nő:

• Ha a protont és az elektront 120 pm választaná el:

\

• Ha a protont és az elektront 150 pm választaná el:

\

• Ha a protont és az elektront 200 pm választotta el:

\

.