Режа: Сирт таранглик

МОЛЕКУЛАЛАРНИНГ ҚУТБЛАНИШИ
МОЛЕКУЛАЛАРНИНГ ҚУТБЛАНИШ ҚОНУНЛАРИ

Молекула (атом, ион) нейтрал, мусбат ва манфий зарядланган заррачалардан (нейтронлар + протонлар= нуклонлар ва электронлар) ташкил топган. Икки хил молекулалар фарқланади-зарядлар симметрик (Н_2,СН_4, С₆ Н₆ ва бошқалар) ва носимметрик (НХ, СН₃Х, С₆Н₅Х; Х- галоген ва бошқалар) тақсимланган. Булар – қутбсиз ва қутбли молекулалар. Қутбли молекулани диполли ёки диполь деб ҳам аталади.

Икки атомли диполъ атомларининг бирида ортиқча манфий, иккинчисида худди шундай мусбат зарядлар бўлади. Натижавий заряд албатта нолга тенгдир. Кўп атомли молекулаларда ортиқча мусбат ва манфий зарядил соҳалар мавжуд бўлади. Аммо бу ерда ҳам зарядларнинг иккита марказини кўз ўнгимизга келтиришимиз мумкин.
Заряднинг q зарядлар орасидаги масофага кўпайтмасини диполь моменти дейилади:


=q (1)
Диполь моментига манфий заряддан мусбат зарядга йўналган вектор сифатида қараш керак (кимёда одатда тескари йўналиш қабул қилинади). Агар молекула кўп атомлардан ташкил топган бўлса, унинг диполъ моменти вектор сумма сифатида аниқланади.

Қутбсиз молекулани электр майдонига жойлаштирилганда зарядларнинг бир-бирига нисбатан содир бўлади, бу еса индуктив диполъ моментини яратади. Ўзининг ҳусусий диполь моментининг мавжудлиги сабабли, қутбли молекула майдон йўналишида ориентацияланишга интилади, бунинг устига унда, худди қутбсиз молекуладаги каби, индуктив момент ҳам пайдо бўлади. Молекула қутбланишининг маъноси мана шундадир. Молекуланинг қутбланиш хоссасини қутбланишнинг миқдорий тавсифини қутбланувчанлик дейилади.
Электр майдонининг таъсири шу майдон кучланганлигига профессионал бўлган қутбланишни келтириб чиқаради.
Қутбланиш молекуланинг табиатига боғлик бўлган пропорциоллик коэффициентидир. Аммо модданинг ичидаги кучланганлик майдон кучланганлигидан фарқ қилади, чунки моддаларнинг ичида _ички кучланганликка тенг тенг бўлган қарама - қарши йўналишли майдон пайдо бўлади, шунинг учун ^. кўпайтма энергиянинг ўлчов бирлигига эга ( - скаляр катталик). Бу катталик молекуланинг қутбланишига сарфланган энергиясини тавсифлайди.
Умумий ҳолда бир моль молекуланинг 1 см³ моддадаги тўлиқ қутбланиши электронларнинг атом ядроларнинг Е қутбланишидан ва ориентацияланиш қутбланишидан иборат бўлади.


(2)
бу ерда: -ориентацион қутбланувчанлик коэффициенти; қолган қутбланувчанлик коэффициентлари очиқ холда ёзилмаган: α_эл ва α_ат; N_A- Авогадро сони; V- моляр ҳажм; k – Больцман доимийси (N_A/R). Қутбланувчанлик см³ да ифодаланади, шунинг учун (2) тенгламанинг ўнг тарафига 1 см даги ҳамма диполь моментларининг суммаси сифатида қараш мумкин ( бундан кейин вектор белгисини тушириб қолдирамиз).
Р ни ҳисоблаш мураккаб бўлиб, қуйидагича топилган:
(3)
Бу ерда нисбий диэлектрик сингдирувчанлик; М – молекуляр масса, г; ρ- модданинг зичлиги, г/см³; V=M/p- моляр ҳажм.
Нисбий диэлектрик сингдирувчанлиги бўлган муҳитда q₁ ва q₂ зарядлар орасидаги ўзаро кулон таъсирининг энергияси А = - га тенг ( бўшлиқнинг диэлектрик сингдирувчанлиги; бўшлиқда ) Зарядларнинг диэлектрикдаги тортилиш энергияси бўшлиққа нисбатан неча марта камайишини нинг қиймати кўрсатади. Бу энергиянинг камайиши диэлектрикнинг қутбланувчанлик даражасини оширади (Диэлектриклар металлар ва яримўтказгичлар каби эркин ҳаракатланувчи зарядлари тутмайди, уларда майдон таъсирида фақатгина зарядларнинг силжиши содир бўлиши мумкин холос).
(3) тенглама зарядсизланган газларга аниқ ва кам қутбли ёки қутбсиз суюқликларга тахминий қўлланилади. Диэлектрик сингдирувчанлиги юқори бўлган суюқликларга бу тенгламани қўллаб бўлмайди, чунки у яқин турган молекулаларнинг ўзаро таъсир энергияларини ҳисобга олмайди.
(3) тенгламага биноан ҳарорат ортиши билан ориентацион қутбланиш камаяди: молекулаларнинг иссиқлик ҳаракати кучайиши сабабли, уларнинг майдондаги ориентацияси бузилади. Электрон қутбланиш ҳароратга боғлиқ бўлмайди, чунки электронларнинг силжиши шунчалик тез содир бўладики, бунда молекуланинг майдон йўналишига нисбатан қандай жойлашишидан қатъи назар, қайта қутбланиш содир бўлиб улгуради. Молекуланинг тузилишини бузиш катта энергия талаб қилган сабабли, атом қутбланувчанлик ҳароратга деярли боғлиқ бўлмайди. Юқоридаги фикрлардан дейиш мумкин.
Қутбланиш ташқи майдоннинг частотасига ҳам боғлик. Агар ~ 10 Гц (тўлқин узунлиги ~1 см) бўлса, кутбли молекулалар ориентацияланишга улгурмайди ва Р_ор йўқолади, частота 10¹³ Гц га ( ~10^-4 см) етганда ва ундан юқори бўлганда ρ_ат йўқолади ва фақат ρ_эл қолади.
Қутбланиш учун қуйдаги тенгламаларни оламиз:
Ўзгармас электр майдони учун Дебай тенгламаси-
(4)

Клаузиус – Мосотти тенгламаси (қутбсиз молекулалар учун тўғри)-

(5)

юқори частотага эга бўлган ўзгарувчан майдон учун Лоренц- Лорентц тенгламаси-

(6)
бу тенгламани Максвеллнинг муносабатини ҳисобга олган ҳолда чиқарилган ( - чексиз узунликдаги тўлқинларнинг синдириш кўрсаткичи).
катталикни моляр рефракция деб аталади.
функцияси бўлган бирга яқинлашади. Бу бўлган суюқликлар учун моляр ҳажм тўлиқ қутбланишга яқинлигини билдиради. F (n²) = (n² - 1) / (n² + 2) функция одатда 0,25 – 0,50 оралиқда бўлади: демак моляр рефракция (0,25 – 0,50) V ни ташкил қилади.