Gdy cząsteczka chemiczna składa się tylko z dwu atomów, połączonych ze sobą wiązaniem jonowym lub kowalencyjnym spolaryzowanym, przedstawia ona jako całość zespół niesymetryczny pod względem rozmieszczenia ładunków elektrycznych. Schematycznie budowę takiej cząsteczki przedstawić można w następujący sposób: H . Tego rodzaju twór, przypominający pod pewnym względem magnes sztabkowy, nazywa się dipolem (dwubiegunem), Miarą jego biegunowości jest moment dipolowy będący odpowiednikiem momentu magnetycznego magnesu, równy iloczynowi odległości pomiędzy obu ładunkami dipola przez wielkość ładunku (D e b y e): jet —eZ. (IX ,1)
Ponieważ ładunki występujące w pojedynczych cząsteczkach są rzędu 1010 j.ES, wymiary zaś atomów i cząsteczek — rzędu 108 cm, więc moment dipolowy wyrażony w jednostkach układu CGS jest rzędu 10—1S. Jednostka tego rzędu została nazwana 1 Debye (skrót D):- 1 D = 10 18 j.ES-cm.
Gdy w skład cząsteczki wchodzą trzy atomy lub więcej, moment dipolowy cząsteczki jako całości jest równy sumie wektorowej momentów dipolowych wszystkich wiązań w cząsteczce. Może się Więc zdarzyć, że wiązania między poszczególnymi atomami mają wprawdzie charakter biegunowy, lecz wskutek symetrycznego rozmieszczenia tych wiązań cząsteczka jako całość nie jest dipolem. Jako przykłady takich cząsteczek o symetrycznej budowie służyć mogą dwutlenek węgla, CO lub wspomniany wyżej czterochlorek węgla, CClL. W cząsteczkach pierwszej z tych substancji oba atomy tlenu rozmieszczone są na jednej prostej, z atomem węgla pośrodku i z atomami tlenu po obu stronach w równej od niego odległości, tak iż biegunowy charakter obu wiązań pomiędzy tlenem i węglem znosi się nawzajem. W czterochlorku węgla natomiast, jak to zresztą wynika i z innych jego własności, atom węgla znajduje się w środku regularnego czworościanu, którego naroża zajmują atomy chloru. Pomimo więc biegunowości wiązania C—Cl, rozmieszczenie ładunków elektrycznych w cząsteczce jako całości jest symetryczne i jej moment dipolowy równa się zeru.
Dipolowy charakter cząsteczek substancji ujawnia się najdobitniej w wielkości jej stałej dielektrycznej. Gdy cząsteczka o budowie symetrycznej znajdzie się w polu elektrycznym, pod wpływem pola następuje pewne przesunięcie ładunków dodatnich w kierunku linii sił pola, a ujemnych — w kierunku przeciwnym. W cząsteczce powstaje dipol indukowany, który natychmiast zanika, gdy tylko ustanie działanie pola. Takie powstanie dipoli indukowanych w polu elektrycznym nosi nazwę polaryzacji cząsteczek. Gdy do pola elektrycznego wytworzonego w próżni wprowadzimy substancję zbudowaną z cząsteczek niebie- gunowych, natężenie pola zostaje na skutek polaryzacji cząsteczek osłabione w nieznacznym tylko stopniu, tzn. substancja ta ma tylko nieznaczną stałą dielektryczną. Gdy natomiast przestrzeń zajętą przez pole elektryczne wypełnimy substancją, w skład której wchodzą cząsteczki o trwałym momencie dipolowym, dipole te, których orientacja wskutek ruchów termicznych była pierwotnie całkiem przypadkowa, ustawiają się obecnie mniej lub więcej równolegle do kierunku linii sił pola. Prócz tego efektu powstaje też w cząsteczkach pewien dodatkowy moment indukowany. Oba te efekty łącznie osłabiają w znacznym stopniu natężenie pola elektrycznego w danym ośrodku, co oznacza, że ośrodek ma dużą stałą dielektryczną. Tablica 23 podaje wartości momentu dipolowego niektórych substancji oraz ich stałe dielektryczne.
Leave a reply