Momenty dipolowe

admin 0 Comments Articles

Momenty dipolowe

Moment dipolowy

Gdy dwa ładunki elektryczne, o przeciwnym znaku i równej wielkości, są oddzielone od siebie na pewną odległość, powstaje dipol elektryczny. Miarą wielkości dipola jest jego moment dipolowy (\). Moment dipolowy mierzy się w jednostkach Debye’a, co jest równe odległości między ładunkami pomnożonej przez ładunek (1 Debye równa się \(3,34 \ razy 10^{-30}; C, m)). Moment dipolowy cząsteczki można obliczyć za pomocą równania \(\ref{1}}):

gdzie

• wektor momentu dipolowego
• q_i} jest wielkością ładunku ^{th}}, a
• wektor reprezentujący położenie ładunku ^{th}}.

Moment dipolowy działa w kierunku wielkości wektorowej. Przykładem cząsteczki polarnej jest \(\ce{H_2O}). Ze względu na samotną parę na tlenie, struktura \(\ce{H_2O}} jest wygięta (poprzez teorię VEPSR), co powoduje, że wektory reprezentujące moment dipolowy każdego wiązania nie znoszą się wzajemnie. Stąd woda jest polarna.

Wektor wskazuje od dodatniego do ujemnego, zarówno na molekularny (netto) moment dipolowy, jak i na dipole poszczególnych wiązań. Tabela A2 przedstawia elektronegatywność niektórych powszechnie występujących pierwiastków. Im większa różnica w elektroujemności pomiędzy dwoma atomami, tym bardziej elektroujemne jest to wiązanie. Aby wiązanie było uważane za polarne, różnica w elektroujemności musi być duża. Moment dipolowy wskazuje kierunek wielkości wektorowej każdej z elektronegatywności wiązania dodanej razem.

Stosunkowo łatwo jest zmierzyć moment dipolowy; wystarczy umieścić substancję pomiędzy naładowanymi płytkami (rysunek), a cząsteczki polarne zwiększają ładunek zgromadzony na płytkach i można uzyskać moment dipolowy (tj. poprzez pojemność układu). Niepolarna cząsteczka nie ulega odchyleniu; umiarkowanie polarny aceton ulega niewielkiemu odchyleniu; silnie polarna woda ulega silnemu odchyleniu. Ogólnie rzecz biorąc, polarne cząsteczki ustawiają się: (1) w polu elektrycznym, (2) względem siebie, lub (3) względem jonów (Rysunek ‖).

Rozwiązanie to może być uproszczone dla prostego, odseparowanego układu o dwóchładunków, takich jak molekuły diatomiczne, lub gdy rozważamy dipol wiązania wewnątrz molekuły

Dipol wiązania jest interpretowany jako dipol pochodzący od separacji ładunków na dystansie \(r\) pomiędzy ładunkami cząstkowymi \(Q^+\) i \(Q^-\) (lub bardziej powszechnie używanymi terminami \(δ^+\) – \(δ^-\)); orientacja dipola jest wzdłuż osi wiązania. Rozważmy prosty układ pojedynczego elektronu i protonu oddzielonych od siebie stałą odległością. Gdy proton i elektron zbliżają się do siebie, moment dipolowy (stopień polaryzacji) maleje. Natomiast, gdy proton i elektron znajdują się coraz dalej od siebie, moment dipolowy rośnie. W tym przypadku moment dipolowy obliczony jako (za pomocą równania ^{1a}}):

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

Moment Debye’a charakteryzuje wielkość momentu dipolowego. Gdy proton & elektron znajduje się w odległości 100 pm od siebie, moment dipolowy wynosi \(4,80; D):

&= 4,80; D \label{3} \jest kluczową wartością odniesienia i reprezentuje czysty ładunek +1 i -1 oddzielony o 100 pm. Jeżeli separacja ładunków byłaby większa, to moment dipolowy wzrasta (liniowo):

• Jeżeli proton i elektron byłyby oddzielone o 120 pm:

• Jeżeli proton i elektron byłyby oddzielone o 150 pm:

• Jeżeli proton i elektron były oddzielone o 200 pm:

.