Polarize edilebilirlik - Polarizability
Polarize edilebilirlik genellikle, bir elektrik alanına maruz kaldığında , uygulanan alanla orantılı olarak bir elektrik dipol momenti elde etme eğilimini ifade eder . Maddenin elektrik yüküne sahip temel parçacıklardan, yani protonlardan ve elektronlardan oluşması nedeniyle, tüm maddenin bir özelliğidir . Bir elektrik alanına maruz kaldıklarında , negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü atom çekirdeği zıt kuvvetlere maruz kalır ve yük ayrımına uğrar . Polarize edilebilirlik, bir malzemenin dielektrik sabitinden ve yüksek (optik) frekanslarda kırılma indisinden sorumludur .
Bir atomun veya molekülün polarize edilebilirliği, indüklenen dipol momentinin yerel elektrik alanına oranı olarak tanımlanır; Kristalin bir katı içinde, birim hücre başına dipol momenti dikkate alınır . Bir molekül tarafından görülen yerel elektrik alanının, genellikle harici olarak ölçülecek makroskopik elektrik alanından farklı olduğuna dikkat edin. Bu tutarsızlık, yığın davranışını ( elektriksel duyarlılığa göre harici bir elektrik alana bağlı polarizasyon yoğunluğu ) yerel alandan kaynaklanan moleküler polarize edilebilirliğe bağlayan Clausius-Mossotti ilişkisi (aşağıda) tarafından dikkate alınır .
Manyetik polarize edilebilirlik, aynı şekilde, bir manyetik dipol momentinin bir dış manyetik alana orantılı olarak görünme eğilimini ifade eder . Elektriksel ve manyetik kutuplaşabilirlikler, bağlı bir sistemin (bir molekül veya kristal gibi) dış alanlara olan dinamik tepkisini belirler ve bir molekülün iç yapısına ilişkin içgörü sağlar. "Polarizasyon" olmalıdır değil ile karıştırılmamalıdır iç manyetik ya da elektrikli bir atom, molekül veya ana madde dipol momenti; bunlar bir dış alanın varlığına bağlı değildir.
Elektriksel polarize edilebilirlik
Tanım
Elektrik polarizasyonu, bir atom veya molekülün elektron bulutu gibi bir yük dağılımının, harici bir elektrik alanı tarafından normal şeklinden bozulma göreceli eğilimidir .
Polarizebilite içinde izotropik ortam neden olan oranı olarak tanımlanmaktadır , dipol momentinin elektrik alanına bir atomun bu dipol momenti üretir.
Polarize edilebilirliğin SI birimleri C · m 2 · V −1 = A 2 · s 4 · kg -1 iken cgs birimi cm 3'tür . Genellikle cgs birimlerinde polarize edilebilirlik hacmi olarak ifade edilir, bazen Å 3 = 10 −24 cm 3 olarak ifade edilir . SI birimlerinden ( ) cgs birimlerine ( ) aşağıdaki gibi dönüştürülebilir:
- ≃ 8,988 × 10 15 ×
burada , vakum geçirgenliği ~ 8.854 × 10 −12 (F / m) 'dir. Cgs birimi cinsinden polarize edilebilirlik hacmi belirtilirse , ilişki genel olarak (SI cinsinden) olarak ifade edilebilir .
Tek tek parçacıkların polarize edilebilirliği , Clausius-Mossotti ilişkisine göre ortamın ortalama elektrik duyarlılığı ile ilgilidir :
burada R = Molar kırılma , = Avogadro sayısı, = elektronik polarize edilebilirlik, p = molekül yoğunluğu, M = Molar kütle ve malzemenin nispi geçirgenliği veya dielektrik sabitidir (veya optikte, kırılma indisinin karesidir ).
Anizotropik veya küresel olmayan ortamlar için polarize edilebilirlik genel olarak skaler bir miktar olarak temsil edilemez . Skaler olarak tanımlama , hem uygulanan elektrik alanlarının yalnızca alana paralel polarizasyon bileşenlerini indükleyebileceğini hem de ve yönlerinin uygulanan elektrik alanına aynı şekilde yanıt verdiğini ima eder . Örneğin, yöndeki bir elektrik alanı yalnızca bir bileşen üretebilir ve aynı elektrik alanı yönde uygulanırsa , indüklenen polarizasyon büyüklük olarak aynı olur, ancak bileşeninde görünür . Birçok kristalin malzeme, diğerlerinden daha kolay polarize olan yönlere sahiptir ve hatta bazıları uygulanan elektrik alanına dik yönlerde polarize hale gelir ve aynı şey küresel olmayan cisimler için de olur. Bu tür bir anizotropiye sahip bazı moleküller ve materyaller, optik olarak aktiftir veya ışığın doğrusal çift kırılımını sergiler .
Tensör
Anizotropik ortamı tanımlamak için, iki tensör veya matris kademeli bir polarize edilebilirlik tanımlanır,
Uygulanan elektrik alanına paralel yanıtı tanımlayan unsurlar, köşegen boyunca olanlardır. Buradaki büyük bir değer , yöne uygulanan bir elektrik alanının malzemeyi yöndeki güçlü bir şekilde polarize edeceği anlamına gelir . Homojen anizotropik elipsoidal cisimler için açık ifadeler verilmiştir.
Kristalografide uygulama
Yukarıdaki matris, kristalografi için yoğunluk verileri üretmek için molar kırılma denklemi ve diğer verilerle birlikte kullanılabilir. Yönüyle ilişkili kırılma indisi ile birlikte her polarize edilebilirlik ölçümü, kristaldeki moleküler yığılmanın doğru bir üç boyutlu değerlendirmesini geliştirmek için kullanılabilecek yöne özgü bir yoğunluk verecektir. Bu ilişki ilk olarak Linus Pauling tarafından gözlemlendi.
Eğilimler
Genel olarak, elektronların kapladığı hacim arttıkça polarize edilebilirlik artar. Atomlarda bu, daha büyük atomların, sıkı bir şekilde bağlanmış elektronlara sahip daha küçük atomların aksine daha gevşek bir şekilde tutulan elektronlara sahip olması nedeniyle oluşur. Periyodik tablonun sıralarında , polarize edilebilirlik bu nedenle soldan sağa doğru azalır. Polarize edilebilirlik, periyodik tablonun sütunlarında azalır. Benzer şekilde, daha büyük moleküller genellikle daha küçük olanlardan daha polarize edilebilir.
Su çok kutuplu bir moleküldür, ancak alkanlar ve diğer hidrofobik moleküller daha polarize edilebilir. Kalıcı dipolü olan suyun, harici bir elektrik alanı nedeniyle şekil değiştirme olasılığı daha düşüktür. Alkanlar en polarize olabilen moleküllerdir. Alkenlerin ve arenlerin , alkanlara kıyasla daha yüksek reaktiviteleri nedeniyle alkanlardan daha büyük polarize edilebilirliğe sahip olmaları beklenmesine rağmen , alkanlar aslında daha polarize edilebilirdir. Çünkü alken 's ve aren en fazla elektronegatif sp Bu sonuçlar 2 alkane en az elektronegatif sp karbon 3 karbon.
Temel durum elektron konfigürasyon modelleri, bağların polarize edilebilirliğinin incelenmesinde genellikle yetersizdir çünkü bir reaksiyonda moleküler yapıda dramatik değişiklikler meydana gelir.
Manyetik polarize edilebilirlik
Nükleonların spin etkileşimleri ile tanımlanan manyetik polarize edilebilirlik , döteronların ve hadronların önemli bir parametresidir . Özellikle, nükleonların tensör polarize edilebilirliklerinin ölçülmesi, spine bağlı nükleer kuvvetler hakkında önemli bilgiler verir.
Spin genlikleri yöntemi, spin dinamiklerini daha kolay tanımlamak için kuantum mekaniği biçimciliğini kullanır . S ≥ 1 spinli partikül / çekirdeklerin vektör ve tensör polarizasyonu , birim polarizasyon vektörü ve polarizasyon tensörü P "ile belirlenir . Üç veya daha fazla spin matrisinin ürünlerinden oluşan ek tensörler, yalnızca S ≥ 3 ⁄ 2 spinli parçacıkların / çekirdeklerin polarizasyonunun kapsamlı açıklaması için gereklidir .
Ayrıca bakınız
- Dielektrik
- Elektrik duyarlılığı
- Polarizasyon yoğunluğu
- MOSCED , aktivite katsayıları için bir tahmin yöntemi; polarize edilebilirliği parametre olarak kullanır