Momento di dipolo elettrico

Dimensioni fisiche
Cognome	Momento di dipolo elettrico
Simbolo della formula	${\ displaystyle {\ vec {p}}, {\ vec {d}}}$
Dimensioni e sistema di unità unità dimensione SI C · m I · L · T Gauss ( cgs ) D = 10 -18 · StatC · cm L 5/2 · M ½ · T −1 ESE ( cgs ) D = 10 -18 · StatC · cm L 5/2 · M ½ · T −1 emE ( cgs ) abC · cm L 3/2 x M ½

Momento di dipolo di un H ₂ O molecola.
rosso: carica parziale negativa
blu: carica parziale positiva
verde: dipolo direzionale

Il momento di dipolo elettrico caratterizza una separazione di carica spaziale. Ne ha uno in un corpo, ad es. B. una molecola , una carica elettrica di segno diverso in punti diversi , in modo che il centro di gravità delle cariche negative ( elettroni ) e il centro di gravità delle cariche positive ( nuclei atomici ) non coincidano, quindi questo corpo ha un momento di dipolo elettrico. ${\ displaystyle {\ vec {p}}}$

In chimica , il momento di dipolo è una misura della forza di una molecola di dipolo e quindi della polarità di una molecola . Ciò è causato da legami atomici polari o, in casi estremi, da legami ionici .

Sono possibili anche altri dipoli (ad esempio dipoli magnetici ), che di conseguenza sviluppano anche altri momenti di dipolo .

Convenzione di direzione

Per quanto riguarda la direzione del vettore del momento di dipolo elettrico, esistono diverse convenzioni nei vari reparti. Mentre in fisica la freccia viene disegnata dalla carica negativa a quella positiva, in chimica, ad esempio, la si vede esattamente al contrario, cioè dalla carica positiva a quella negativa.

calcolo

Se c'è una carica positiva   con il vettore di connessione normalizzato a una distanza da una carica negativa  (questo punta dalla carica negativa nella direzione della carica positiva) e queste cariche sono rigidamente collegate tra loro, questa struttura ha un momento di dipolo di la dimensione:${\ displaystyle -q}$${\ displaystyle l}$${\ displaystyle q}$${\ displaystyle {\ vec {e}} _ {l}}$

${\ displaystyle {\ vec {p}} = q \ cdot l \ cdot {\ vec {e}} _ {l}}$

Maggiore è la carica  , maggiore è il momento di dipolo. Anche se le cariche si allontanano ulteriormente (quantità crescente di ), il momento di dipolo aumenta. ${\ displaystyle q}$${\ displaystyle {\ vec {l}}}$

Se, con una distribuzione di carica discreta , ci sono cariche nelle posizioni relative al centro di gravità della distribuzione di carica, il momento di dipolo totale è costituito dai singoli momenti di dipolo : ${\ displaystyle n}$${\ displaystyle q_ {i}}$${\ displaystyle {\ vec {r}} _ {i}}$${\ displaystyle {\ vec {p}}}$${\ displaystyle {\ vec {p}} _ {i}}$

${\ displaystyle {\ vec {p}} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} {\ vec {p}} _ {i} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} q_ {i } \, {\ vec {r}} _ {i}.}$

Nel caso generale di una distribuzione di carica continua , il momento di dipolo viene calcolato utilizzando la densità di carica :${\ displaystyle \ rho ({\ vec {r}})}$

${\ displaystyle {\ vec {p}} = \ int _ {V} \ rho ({\ vec {r}}) \ cdot {\ vec {r}} \, \ mathrm {d} ^ {3} r}$

Il caso discreto emerge dal generale, se la densità di carica è rappresentata dalle singole cariche e dalla distribuzione delta : ${\ displaystyle \ rho ({\ vec {r}})}$${\ displaystyle q_ {i}}$ ${\ displaystyle \ delta ({\ vec {r}} - {\ vec {r}} _ {i})}$

${\ displaystyle \ rho ({\ vec {r}}) = \ sum _ {i = 1} ^ {n} q_ {i} \, \ delta ({\ vec {r}} - {\ vec {r} } _ {io}).}$

L' integrale del volume fornisce quindi solo contributi nelle posizioni delle cariche, in modo da ottenere: ${\ displaystyle {\ vec {r}} _ {i}}$

${\ displaystyle {\ vec {p}} = \ int _ {V} \ sum _ {i = 1} ^ {n} q_ {i} \, \ delta ({\ vec {r}} - {\ vec { r}} _ {i}) \, {\ vec {r}} \, \ mathrm {d} ^ {3} r = \ sum _ {i = 1} ^ {n} q_ {i} \, {\ vec {r}} _ {i}}$

In generale, un potenziale può essere sviluppato in una parte costante e in parti multipolari , compreso il momento di dipolo.

unità

Nonostante il passaggio al Sistema internazionale di unità (SI) , l' unità cgs Debye è ancora utilizzata come unità del momento di dipolo, dal nome del fisico olandese Peter Debye . La ragione di ciò è che quando si usano le unità SI coulomb e metro si dovrebbe avere a che fare con numeri molto piccoli:

${\ displaystyle [p] = 1 \, \ mathrm {Debye} = 3 {,} 33564 \ cdot 10 ^ {- 30} \, \ mathrm {Coulomb} \ cdot \ mathrm {Meter}}$

Per le molecole, il momento di dipolo è solitamente compreso tra 0 Debye e 12 Debye. Polare non ionico, composto più completamente saturo è Debye all cis -1,2,3,4,5,6-hexafluorocyclohexane con un momento di dipolo di 6,2 . In 14.1 Debye, il composto 5,6-diaminobenzo-1,2,3,4-tetracarbonitrile altrettanto non ionico ma insaturo è di nuovo significativamente più polare.

Il momento di dipolo può essere determinato utilizzando l' equazione di Debye misurando la costante dielettrica . Le misurazioni dell'effetto Stark forniscono anche informazioni sul momento di dipolo di una sostanza.

Momenti di dipolo di stati eccitati

La conoscenza del cambiamento nei momenti di dipolo molecolare con l'eccitazione elettronica è essenziale per comprendere importanti processi naturali fotoindotti come la fotosintesi o il processo di visione . La misura degli spostamenti della lunghezza d'onda solvatacromica o termocromica nelle soluzioni può essere utilizzata per determinare i momenti di dipolo degli stati eccitati .

I momenti di dipolo

• μ _{G anche} nello stato fondamentale della molecola
• μ _E nello stato eccitato della molecola

può essere calcolato utilizzando l' equazione di Lippert-Mataga :

${\ displaystyle {\ overline {\ nu}} _ {A} - {\ overline {\ nu}} _ {E} = {\ frac {2} {hc}} {\ biggl (} {\ frac {\ varepsilon -1} {2 \ varepsilon +1}} - {\ frac {n ^ {2} -1} {2n ^ {2} +1}} {\ biggr)} {\ frac {(\ mu _ {G} ) - \ mu _ {E}) ^ {2}} {a ^ {3}}} + const.}$

Con

• il turno di Stokes ${\ textstyle {\ overline {\ nu}} _ {A} - {\ overline {\ nu}} _ {E}}$
• la costante di Planck ${\ displaystyle h}$
• la velocità della luce nel vuoto${\ displaystyle c}$
• la permettività  ε del solvente
• l' indice di rifrazione  n del solvente
• il raggio  a della cavità del solvente .

I momenti di dipolo delle molecole nella fase gassosa possono essere determinati molto più precisamente dalla spettroscopia elettronica Stark .

Guarda anche

• Forza di dipolo

letteratura

• Otto Exner: momenti di dipolo nella chimica organica. Stoccarda 1975, ISBN 3-13-523501-7 .

Prove individuali

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3. ↑ Ad una temperatura di 20 ° C e una pressione di 101,325 kPa.
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