Polarizabilidade
de átomos, íons e moléculas; a capacidade dessas partículas de adquirir um momento dipolo p em um campo elétrico E. O aparecimento de p é devido ao deslocamento de cargas elétricas em sistemas atômicos sob a influência de E; o momento p assim induzido desaparece quando nenhum campo elétrico está presente. O conceito de polarizabilidade geralmente não é aplicado a partículas com um momento dipolo permanente, como as moléculas polares. Em campos relativamente fracos, a dependência de p em E é linear:
p = αE
onde α é uma medida quantitativa de polarizabilidade e por vezes é ela própria chamada de polarizabilidade molecular. Para algumas moléculas o valor de α pode depender da direção de E; isto é conhecido como polarizabilidade anisotrópica. Em campos elétricos fortes, a dependência de p sobre E deixa de ser linear.
Na equação acima, E é o campo elétrico na localização da partícula. Para uma partícula isolada, como uma molécula de um gás rarefeito, ela coincide com o campo externo. Em um líquido ou cristal, os campos internos gerados por outras partículas carregadas ao redor da partícula dada são adicionados ao campo externo.
Acima da força de um campo elétrico, o momento p não aparece instantaneamente. O tempo de transição τ do momento p depende da natureza das partículas e do meio circundante. Um valor estático de polarizabilidade corresponde a um campo eletrostático. Em um campo variável, como um campo harmonicamente variável, a polarizabilidade depende da freqüência ω e do tempo de transição τ. Para um campo suficientemente baixo ω e suficientemente pequeno τ, o momento p muda de fase com variação de campo, e a polarizabilidade coincide com a polarizabilidade estática. Para muito alto ω ou grande τ, o momento p pode não surgir de todo; a partícula não “sente” a presença do campo, portanto não há polarizabilidade. Em casos intermediários, especialmente quando ω se aproxima de 1/τ, são observados os fenômenos de dispersão e absorção.
Deve-se fazer uma distinção entre vários tipos de polarizabilidade. A polarizabilidade eletrônica é devida ao deslocamento em um campo E das conchas eletrônicas em relação aos núcleos atômicos. A polarizabilidade iônica (em cristais iônicos) deriva do deslocamento de íons de sinais opostos do processo de equilíbrio e em direções opostas. A polarizabilidade atómica deve-se ao deslocamento num campo E de átomos de diferentes tipos numa molécula e está relacionada com a distribuição assimétrica da densidade de electrões. A dependência da temperatura desses tipos de polarizabilidade é leve; à medida que a temperatura aumenta, a polarizabilidade diminui um pouco.
Na física do dielétrico sólido e líquido, polarizabilidade é entendida como polarizabilidade média. Aqui P representa a polarização por partícula e por campo unitário: a = P/EN, onde N o número de partículas. A polarizabilidade da dielétrica polar é chamada polarizabilidade de orientação. A polarização dos dielétricos cujas partículas se movem alternadamente de uma posição para outra sob a influência de um campo elétrico pode ser descrita pela introdução da polarizabilidade de relaxamento. A extrema sensibilidade à temperatura é uma característica destes tipos de polarizabilidade.
Na literatura sobre a física do dielétrico, o fator de proporcionalidade Χ entre P e E-P = ΧE – isto é, a suscetibilidade dielétrica, às vezes é chamada de polarizabilidade.
O conceito de polarizabilidade encontrou extensa aplicação na física do dielétrico, física molecular e físico-química. Para sistemas relativamente simples a relação entre a polarizabilidade e as características macroscópicas de uma substância é descrita; por exemplo, para a polarizabilidade eletrônica é descrita pela fórmula de Lorentz-Lorenz e equação de Clausius-Mossotti, e para a polarizabilidade de orientação, pela fórmula de Langevin-Debye. Através destas e de fórmulas similares é possível determinar experimentalmente a polarizabilidade. O conceito de polarizabilidade é usado para analisar e explicar uma série de efeitos ópticos, como a polarização e dispersão da luz, actividade óptica e o efeito Raman, particularmente em sistemas constituídos por moléculas extremamente grandes, tais como proteínas.