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2002 物理化学 II - 9章
9. 分子の極性
ミクロ マクロ
|
図 9.1
電気双極子モーメント |
9.1 電気双極子モーメント
- -q から q へ向かうベクトル
- (9.1)
- 単位 : D (デバイ) = 3.33564
10-30 C m
- cf.) 1 離れた -e と
e 4.80321 D
[永久双極子]
- ・外部電場がなくても存在
- 異核二原子分子 AB で、
- (9.2)
- : 電気陰性度
|
図 9.2
誘起双極子 |
[誘起双極子]
- ・電場 E によって誘起される
- (9.3)
- : 分極率
- LUMO 低 大
- 分極率体積
- (9.4)
- 0 : 真空の誘電率
9.2 マクロな物性−誘電率
[分極]
- 単位体積あたりの平均電気双極子モーメント
- (9.5)
- :
平均双極子モーメント, N : 分子数密度
- ・分子はランダム配向
外部電場なしで流体 (多くの固体) で P = 0
[高周波電場中の分極]
配向分極
分子配向が電場に追随 (分子回転) <
1011 Hz
変形分極
原子核位置が電場に追随 (分子振動) <
1013 Hz
電子分極
電子分布が電場に追随 (分子の分極率)
|
図 9.3
高周波電場による分極 |
[誘電率]
- r 離れた2電荷 q1,
q2 の相互作用ポテンシャル
- (9.6)
- : 誘電率
- 比誘電率
- (9.7)
- 静電容量 (コンデンサ) との関係
- (9.8)
a) |
b) |
図 9.4
分極への a) の寄与
b) の寄与 |
ミクロな量との関係
- Debye の式
- (9.9)
- Pm : モル分極, M :
モル質量, : 密度
- (9.10)
- Clausius-Mossotti の式 (
を無視)
- (9.11)
9.3 光学物性
[屈折率]
- cf.) スネルの法則
- 真空中の光速 c0 と媒質中の光速 c の比
- (9.12)
- 誘電率との関係
- (9.13)
[光学活性]
偏光面を回転させる性質 :
円複屈折性 (右・左円偏光に対する屈折率の差異) による
- 直線偏光 = 2つの逆向きの円偏光成分の和
- 媒質通過時間の差
- (9.14)
- 位相差
- (9.15)
- 旋光度 (偏光面回転角)
- (9.16)
|
図 9.5 直線偏光 =
左円偏光 + 右円偏光 |
|
|
図 9.6 旋光度 |
問題 9.1
以下に示す、水蒸気の蒸気圧における比誘電率
r の測定値から Debye
式を仮定して、H2O 分子の双極子モーメント
[D] と分極率体積
'
[3 = 10-30
m3] を求めよ。
(完全気体を仮定してよい)
温度 / C |
蒸気圧 / atm |
r |
80 | 0.467 | 1.00305 |
100 | 1.000 | 1.00587 |