www.wikidata.uk-ua.nina.az

Електричний дипольний момент Електри чним дипóльним моме нтом або просто дипольним моментом системи зарядів qi називаєть

Електричний дипольний момент

Електри́чним дипóльним моме́нтом або просто дипольним моментом системи зарядів qi називається сума добутків величин зарядів на їхні радіус-вектори.

Зазвичай дипольний момент позначається латинською літерою d або латинською літерою p.

Природною одиницею вимірювання дипольного заряду в системі SI є кулон-метр, хоча така одиниця є надзвичайно великою для практичного використання, тому застосовуються інші одиниці. У атомній фізиці здебільшого використовується одиниця Дебай.

Дипольний момент має надзвичайне значення в фізиці за вивчення нейтральних систем. Дія електричного поля на нейтральну систему зарядів й електричне поле, створене електрично нейтральною системою, визначаються в першу чергу дипольним моментом. Це, зокрема, стосується атомів і молекул.

Нейтральні системи зарядів з відмінним від нуля дипольним моментом називають диполями.

Властивості Редагувати

Загалом визначений вище дипольний момент залежить від системи відліку. Проте для нейтральної системи сума всіх зарядів дорівнює нулю, тому залежність від системи відліку зникає.

Найпростіший диполь складається із двох однакових за абсолютною величиною, але протилежних за напрямком зарядів +q і -q, які знаходяться на певній віддалі r один від одного. Дипольний момент тоді дорівнює за абсолютною величиною qr і направлений від негативного до позитивного заряду.

У випадку неперервного розподілу заряду із густиною дипольний момент визначається інтегруванням


Енергія диполя в зовнішньому електричному полі Редагувати

За умови, коли розміри системи зарядів набагато менші за характерну довжину, на якій міняється електричне поле, а загалом для атомів і молекул це справедливо навіть тоді, коли зовнішнє електричне поле — це поле електромагнітної хвилі у видимому діапазоні, енергія системи зарядів дуже простим чином виражається через дипольний момент.

Момент сили, який діє на диполь в електричному полі Редагувати

Електричне поле намагається орієнтувати диполь вздовж силових ліній, створюючи момент сили , який дорівнює

Ця формула теж справедлива за умови, коли поле в межах системи зарядів однорідне.

Електричне поле, створене диполем Редагувати

Здебільшого постає задача визначення електричного поля на відстані, що набагато перевищує відстань між зарядами. В такому випадку потенціал електричного поля визначається за формулою

а його напруженість

де  — це радіус-вектор точки, в якій визначається напруженість електричного поля.

Звідси видно, що створене диполем електричне поле спадає із віддаллю як 1/r3. Порівняно із іншими типами полів, які створюються нейтральними атомами й молекулами, це спадання дуже повільне. Диполі взаємодіють один із одним навіть на значній віддалі. Поле, створене диполем, неізотропне і навіть змінює знак в залежності від напрямку.

Взаємодія диполів Редагувати

Енергія взаємодії двох диполів і задається формулою

В залежності від взаємної орієнтації диполів, а такою від орієнтації відносно лінії, яка їх сполучає, диполі можуть як притягатися, так і відштовхуватися.

Оскільки взаємодія між диполями спадає доволі повільно, фізичні системи, які складаються із молекул із відмінним від нуля дипольним моментом, дуже сильно зв'язані. Такою системою є вода. Молекула води має доволі значний дипольний момент, оскільки атом кисню у ній притягає до себе електрони, й стає негативно зарядженим, залишаючи позитивний заряд на двох атомах водню. Завдяки взаємодії між диполями взаємодія молекул води набагато сильніша ніж між молекулами інших речовин із порівняною молярною масою. Вода є рідиною за кімнатних температур, в той час як набагато важчий кисень чи двоокис вуглецю залишаються газами.

Потрібно зазначити, що нейтральні атоми й молекули, які не мають власного дипольного моменту, набувають дипольний момент у електричному полі. Такий дипольний момент називається наведеним.

Квантова механіка Редагувати

Оператор диполя в квантовій механіці записується як добуток заряду на радіус-вектор. Для системи багатьох частинок

що загалом не відрізняється від визначення класичної механіки.

Середній дипольний момент електронів квантовомеханічного стану, який описується хвильовою функцією ψ дорівнює

де інтегрування по координатному простору всіх електронів.

Таблиця дипольних моментів деяких молекул Редагувати

Молекула Дипольний момент в Дебаях Дипольний момент в 10−30 Кл·м
CO 0,11 0,367
CH2O 2,34 7,806
HF 1,9 6,338
HCl 1,03 3,436
HBr 0,74 2,469
HI 0,38 1,268
N2O 0,16
NO2 0,32
HN3 0,85
HCN 1,48
NH3 1,46 4,871
NF3 0,24
PH3 0,58
PF3 1,025 3,419
PCl3 0,78
PBr3 0,6020 °C
AsH3 0,16
H2O 1,844 6,152
D2O 1,86
H2O2 2,1
H2S 0,92 3,069
H2S2 1,17
S2F2 1,45
S2Cl2 1,625 °C
H2Se 0,24
Se2Cl2 2,1
FeCl3 (Fe2Cl6) 1,27
OO2 0,53
SO2 1,67
SO3 0,00
NaCl 8,5 28,356
KF 8,6 (7.33) 28,690
KCl 10,27 (6,3750 °C) 34,261
KBr 10,41 (9,1650 °C) 34,728
KI 9,24 (9,2625 °C) 30,825
CsCl 10,42 34,761

Див. також Редагувати

Примітки Редагувати

  1. Рабинович В. А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Изд. 2-е, испр. и доп. — Л.: Химия, 1978. — 392 с. (рос.)

Література Редагувати

  • Осипов О. А., Минкин В. И., Гарновский А.Д. Справочник по дипольным моментам. Изд. 3-е. — М.: Высшая школа, 1971. 414 с. (рос.)
  • Exner О. Dipole moments in organic chemistry. — Stuttgart, 1975. (нім.)
  • Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0

Посилання Редагувати

Це незавершена стаття з хімії.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.
Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Elektri chnim dipolnim mome ntom abo prosto dipolnim momentom sistemi zaryadiv qi nazivayetsya suma dobutkiv velichin zaryadiv na yihni radius vektori d i q i r i displaystyle mathbf d sum i q i mathbf r i Zazvichaj dipolnij moment poznachayetsya latinskoyu literoyu d abo latinskoyu literoyu p Prirodnoyu odiniceyu vimiryuvannya dipolnogo zaryadu v sistemi SI ye kulon metr hocha taka odinicya ye nadzvichajno velikoyu dlya praktichnogo vikoristannya tomu zastosovuyutsya inshi odinici U atomnij fizici zdebilshogo vikoristovuyetsya odinicya Debaj Dipolnij moment maye nadzvichajne znachennya v fizici za vivchennya nejtralnih sistem Diya elektrichnogo polya na nejtralnu sistemu zaryadiv j elektrichne pole stvorene elektrichno nejtralnoyu sistemoyu viznachayutsya v pershu chergu dipolnim momentom Ce zokrema stosuyetsya atomiv i molekul Nejtralni sistemi zaryadiv z vidminnim vid nulya dipolnim momentom nazivayut dipolyami Zmist 1 Vlastivosti 2 Energiya dipolya v zovnishnomu elektrichnomu poli 3 Moment sili yakij diye na dipol v elektrichnomu poli 4 Elektrichne pole stvorene dipolem 5 Vzayemodiya dipoliv 6 Kvantova mehanika 7 Tablicya dipolnih momentiv deyakih molekul 8 Div takozh 9 Primitki 10 Literatura 11 PosilannyaVlastivosti RedaguvatiZagalom viznachenij vishe dipolnij moment zalezhit vid sistemi vidliku Prote dlya nejtralnoyi sistemi suma vsih zaryadiv dorivnyuye nulyu tomu zalezhnist vid sistemi vidliku znikaye Najprostishij dipol skladayetsya iz dvoh odnakovih za absolyutnoyu velichinoyu ale protilezhnih za napryamkom zaryadiv q i q yaki znahodyatsya na pevnij viddali r odin vid odnogo Dipolnij moment todi dorivnyuye za absolyutnoyu velichinoyu qr i napravlenij vid negativnogo do pozitivnogo zaryadu U vipadku neperervnogo rozpodilu zaryadu iz gustinoyu r r displaystyle rho mathbf r nbsp dipolnij moment viznachayetsya integruvannyam d V r r r d 3 r displaystyle mathbf d int V rho mathbf r mathbf r d 3 r nbsp Energiya dipolya v zovnishnomu elektrichnomu poli RedaguvatiZa umovi koli rozmiri sistemi zaryadiv nabagato menshi za harakternu dovzhinu na yakij minyayetsya elektrichne pole a zagalom dlya atomiv i molekul ce spravedlivo navit todi koli zovnishnye elektrichne pole ce pole elektromagnitnoyi hvili u vidimomu diapazoni energiya sistemi zaryadiv duzhe prostim chinom virazhayetsya cherez dipolnij moment U i q i r i E d E displaystyle U sum i q i mathbf r i cdot mathbf E mathbf d cdot mathbf E nbsp Moment sili yakij diye na dipol v elektrichnomu poli RedaguvatiElektrichne pole namagayetsya oriyentuvati dipol vzdovzh silovih linij stvoryuyuchi moment sili M displaystyle mathbf M nbsp yakij dorivnyuye M d E displaystyle mathbf M mathbf d times mathbf E nbsp Cya formula tezh spravedliva za umovi koli pole v mezhah sistemi zaryadiv odnoridne Elektrichne pole stvorene dipolem RedaguvatiZdebilshogo postaye zadacha viznachennya elektrichnogo polya na vidstani sho nabagato perevishuye vidstan mizh zaryadami V takomu vipadku potencial elektrichnogo polya viznachayetsya za formuloyu f d r r 3 displaystyle varphi frac mathbf d cdot mathbf r r 3 nbsp a jogo napruzhenist E 3 d r r 5 r d r 3 displaystyle mathbf E frac 3 mathbf d cdot mathbf r r 5 mathbf r frac mathbf d r 3 nbsp de r displaystyle mathbf r nbsp ce radius vektor tochki v yakij viznachayetsya napruzhenist elektrichnogo polya Zvidsi vidno sho stvorene dipolem elektrichne pole spadaye iz viddallyu yak 1 r3 Porivnyano iz inshimi tipami poliv yaki stvoryuyutsya nejtralnimi atomami j molekulami ce spadannya duzhe povilne Dipoli vzayemodiyut odin iz odnim navit na znachnij viddali Pole stvorene dipolem neizotropne i navit zminyuye znak v zalezhnosti vid napryamku Vzayemodiya dipoliv RedaguvatiEnergiya vzayemodiyi dvoh dipoliv d 1 displaystyle mathbf d 1 nbsp i d 2 displaystyle mathbf d 2 nbsp zadayetsya formuloyu U d 1 d 2 r 3 3 d 1 r d 2 r r 5 displaystyle U frac mathbf d 1 cdot mathbf d 2 r 3 frac 3 mathbf d 1 cdot mathbf r mathbf d 2 cdot mathbf r r 5 nbsp V zalezhnosti vid vzayemnoyi oriyentaciyi dipoliv a takoyu vid oriyentaciyi vidnosno liniyi yaka yih spoluchaye dipoli mozhut yak prityagatisya tak i vidshtovhuvatisya Oskilki vzayemodiya mizh dipolyami spadaye dovoli povilno fizichni sistemi yaki skladayutsya iz molekul iz vidminnim vid nulya dipolnim momentom duzhe silno zv yazani Takoyu sistemoyu ye voda Molekula vodi maye dovoli znachnij dipolnij moment oskilki atom kisnyu u nij prityagaye do sebe elektroni j staye negativno zaryadzhenim zalishayuchi pozitivnij zaryad na dvoh atomah vodnyu Zavdyaki vzayemodiyi mizh dipolyami vzayemodiya molekul vodi nabagato silnisha nizh mizh molekulami inshih rechovin iz porivnyanoyu molyarnoyu masoyu Voda ye ridinoyu za kimnatnih temperatur v toj chas yak nabagato vazhchij kisen chi dvookis vuglecyu zalishayutsya gazami Potribno zaznachiti sho nejtralni atomi j molekuli yaki ne mayut vlasnogo dipolnogo momentu nabuvayut dipolnij moment u elektrichnomu poli Takij dipolnij moment nazivayetsya navedenim Kvantova mehanika RedaguvatiOperator dipolya v kvantovij mehanici zapisuyetsya yak dobutok zaryadu na radius vektor Dlya sistemi bagatoh chastinok d i q i r i displaystyle hat mathbf d sum i q i mathbf r i nbsp sho zagalom ne vidriznyayetsya vid viznachennya klasichnoyi mehaniki Serednij dipolnij moment elektroniv kvantovomehanichnogo stanu yakij opisuyetsya hvilovoyu funkciyeyu ps dorivnyuye d e i ps r 1 r i r i ps r 1 r i d t displaystyle langle mathbf d rangle e sum i int psi mathbf r 1 ldots mathbf r i ldots mathbf r i psi mathbf r 1 ldots mathbf r i ldots d tau nbsp de integruvannya po koordinatnomu prostoru vsih elektroniv Tablicya dipolnih momentiv deyakih molekul RedaguvatiMolekula Dipolnij moment v Debayah Dipolnij moment v 10 30 Kl mCO 0 11 0 367CH2O 2 34 7 806HF 1 9 6 338HCl 1 03 3 436HBr 0 74 2 469HI 0 38 1 268N2O 0 16NO2 0 32HN3 0 85HCN 1 48NH3 1 46 4 871NF3 0 24PH3 0 58PF3 1 025 3 419PCl3 0 78PBr3 0 6020 CAsH3 0 16H2O 1 844 6 152D2O 1 86H2O2 2 1H2S 0 92 3 069H2S2 1 17S2F2 1 45S2Cl2 1 625 CH2Se 0 24Se2Cl2 2 1FeCl3 Fe2Cl6 1 27OO2 0 53SO2 1 67SO3 0 00NaCl 8 5 28 356KF 8 6 7 33 1 28 690KCl 10 27 6 3750 C 34 261KBr 10 41 9 1650 C 34 728KI 9 24 9 2625 C 30 825CsCl 10 42 34 761Div takozh RedaguvatiMagnitnij moment Kvadrupolnij moment Multipolni momenti perehidnij dipolnij momentPrimitki Redaguvati Rabinovich V A Havin Z Ya Kratkij himicheskij spravochnik Izd 2 e ispr i dop L Himiya 1978 392 s ros Literatura RedaguvatiOsipov O A Minkin V I Garnovskij A D Spravochnik po dipolnym momentam Izd 3 e M Vysshaya shkola 1971 414 s ros Exner O Dipole moments in organic chemistry Stuttgart 1975 nim Glosarij terminiv z himiyi J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Doneck Veber 2008 758 s ISBN 978 966 335 206 0Posilannya RedaguvatiDIPOLNIJ MOMENT ELEKTRIChNIJ Arhivovano 10 bereznya 2016 u Wayback Machine Farmacevtichna enciklopediya nbsp Ce nezavershena stattya z himiyi Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi nbsp Ce nezavershena stattya z fiziki Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Elektrichnij dipolnij moment amp oldid 40398347