Polarizabilidad
de átomos, iones y moléculas; la capacidad de estas partículas de adquirir un momento dipolar p en un campo eléctrico E. La aparición de p se debe al desplazamiento de las cargas eléctricas en los sistemas atómicos bajo la influencia de E; el momento p así inducido desaparece cuando no hay campo eléctrico. El concepto de polarizabilidad no se aplica generalmente a las partículas que tienen un momento dipolar permanente, como las moléculas polares. En campos relativamente débiles, la dependencia de p con respecto a E es lineal:
p = αE
donde α es una medida cuantitativa de la polarizabilidad y se denomina a veces polarizabilidad molecular. Para algunas moléculas el valor de α puede depender de la dirección de E; esto se conoce como polarizabilidad anisotrópica. En campos eléctricos fuertes, la dependencia de p con respecto a E deja de ser lineal.
En la ecuación anterior, E es el campo eléctrico en la ubicación de la partícula. Para una partícula aislada, como una molécula de un gas enrarecido, coincide con el campo externo. En un líquido o un cristal, los campos internos generados por otras partículas cargadas que rodean a la partícula dada se añaden al campo externo.
Bajo la fuerza de un campo eléctrico, el momento p no aparece instantáneamente. El tiempo de transición τ del momento p depende de la naturaleza de las partículas y del medio circundante. Un valor estático de polarizabilidad corresponde a un campo electrostático. En un campo variable, como un campo que varía armónicamente, la polarizabilidad depende de la frecuencia ω y del tiempo de transición τ. Para un ω suficientemente bajo y un τ suficientemente pequeño, el momento p cambia de fase con la variación del campo, y la polarizabilidad coincide con la polarizabilidad estática. Para ω muy alto o τ grande, el momento p puede no surgir en absoluto; la partícula no «siente» la presencia del campo, por lo que no hay polarizabilidad. En casos intermedios, especialmente cuando ω se aproxima a 1/τ, se observan los fenómenos de dispersión y absorción.
Se distinguen varios tipos de polarizabilidad. La polarizabilidad electrónica se debe al desplazamiento en un campo E de las envolturas de los electrones con respecto a los núcleos atómicos. La polarizabilidad iónica (en los cristales iónicos) se debe al desplazamiento de los iones de signos opuestos del proceso de equilibrio y en direcciones opuestas. La polarizabilidad atómica se debe al desplazamiento en un campo E de átomos de diferentes tipos en una molécula y está relacionada con la distribución asimétrica de la densidad electrónica. La dependencia de la temperatura de estos tipos de polarizabilidad es leve; al aumentar la temperatura, la polarizabilidad disminuye un poco.
En la física de los dieléctricos sólidos y líquidos, la polarizabilidad se entiende como polarizabilidad media. Aquí P representa la polarización por partícula y por unidad de campo: a = P/EN, siendo N el número de partículas. La polarizabilidad de los dieléctricos polares se denomina polarizabilidad de orientación. La polarización de los dieléctricos cuyas partículas se mueven alternativamente de una posición a otra bajo la influencia de un campo eléctrico puede describirse introduciendo la polarizabilidad de relajación. La extrema sensibilidad a la temperatura es un rasgo característico de estos tipos de polarizabilidad.
En la literatura sobre la física de los dieléctricos, el factor de proporcionalidad Χ entre P y E-P = ΧE -es decir, la susceptibilidad dieléctrica- se llama a veces polarizabilidad.
El concepto de polarizabilidad ha encontrado una amplia aplicación en la física de los dieléctricos, la física molecular y la química física. Para sistemas relativamente simples se describe la relación entre la polarizabilidad y las características macroscópicas de una sustancia; por ejemplo, para la polarizabilidad electrónica se describe mediante la fórmula de Lorentz-Lorenz y la ecuación de Clausius-Mossotti, y para la polarizabilidad de orientación, mediante la fórmula de Langevin-Debye. Mediante estas fórmulas y otras similares es posible determinar experimentalmente la polarizabilidad. El concepto de polarizabilidad se utiliza para analizar y explicar una serie de efectos ópticos como la polarización y la dispersión de la luz, la actividad óptica y el efecto Raman, especialmente en sistemas formados por moléculas extremadamente grandes, como las proteínas.