介电常数
理解介电常数的概念对于讨论偶极子和溶剂化过程是必要的。两个平行导电板(电容器)被介质隔开,它们之间的距离为 r。其中一个电极上的电荷为 q,另一个电极上的电荷为 -q,但电极之间的电位差为 V。平行板电容器介电常数
电极上存储的电荷通过电容来表示,而电极之间的电位差则通过电压来表示。库仑(coulomb)是衡量在给定电压下电极板上储存的电量的一种单位。C = q/V
在电容器中,电容值取决于介质的性质以及电容器极板的厚度。当极板之间的空间为真空状态时,电容值为 C0。空间中的水分子也会增加电容值。由于水分子的负极会靠近正极板,而正极会靠近负极板,因此水的存在会使电容值增大。当电容器极板对齐时,电子在极板之间的移动变得更加容易,从而增加了电荷的流动。
电容器中填充某种材料后的电容 Cx,可以通过将其除以 C0 来确定,其中 ε 是介电常数。介电常数表示溶剂在溶解过程中维持电荷分离的能力。
在25摄氏度时,不同的液体具有不同的介电常数——见表1。
相比之下,钠离子和氯离子从甘油和水中分离出来的难易程度分别是甘油中分离出钠离子的78.5倍,从水中分离出氯离子的42.5倍,因此NaCl在水中的溶解度高于在甘油中的溶解度。像水和甲醇这样的极性液体的电容器电容会增加,因为这些液体内部的永久偶极子会排列整齐,从而产生较大的介电常数。由于非极性液体(如苯和醚)的介电常数较低,它们产生的极化作用较小,对电容器电容的影响也较小。
偶极矩
在任何电荷相互分离的系统中,都存在偶极矩。这意味着共价键和离子键都可能产生偶极矩。当化学键合的原子具有不同的电负性时,就会产生偶极矩。分子中两个原子之间的键的极性决定了该键的偶极矩。理解电偶极矩的概念非常重要,因为它衡量了系统中正负电荷的分离程度。符号 𝛿+ 和 𝛿– 表示分子中存在的两种电荷大小相同,但符号相反。它们之间保持一定的距离,这个距离通常用字母 'd' 来表示。
重要事项;要点
- 多原子分子中各个键的偶极矩被称为键偶极矩,这些键偶极矩与整个分子的偶极矩是不同的。
- 矢量量既有大小也有方向,因此可以被描述为一个矢量。
- 兽用药物的偶极矩也可能为零,因为它们相反方向的相互作用可以相互抵消,从而使得该矢量量为零。
- 兽用药物的偶极矩也可能为零,因为它们相反方向的相互作用可以相互抵消,从而使得该矢量量为零。
- 在化学中,偶极矩用一个带有细微变化的箭头符号表示:箭头的正中心有一个十字标记,负中心则有一个箭头。这些箭头指示了分子中电子密度的变化。
- 多原子分子的偶极矩等于分子中所有键的偶极矩的矢量和。
偶极矩公式
如果两个电荷中心之间的距离是偶极矩大小的一半,那么得到的偶极矩大小也会是原来的一半。'µ' 是用来表示这个量的希腊字母。具体来说,
偶极矩(µ)= 电荷(Q)× 电荷之间的距离(r)
德拜单位(Debye unit)表示为…… 'D'. 1 D = 3.33564 × 10-30 C.m.
其中 C 表示库仑(coulomb),m 表示米(meter)。
在下面的图示中,你可以看到如何计算两个电负性不同的原子之间化学键的键偶极矩:
μ = 𝛿.d
“Where...”
键的偶极矩用 µ 表示。
部分电荷(𝛿⁺ 和 𝛿⁻)由这些符号的正负来表示。
𝛿+ 和 𝛿– 之间存在距离。
在电负性不同的原子中,由于电子受到电负性更强的原子的吸引,它们会倾向于从原来的位置移动。键的偶极矩使我们能够观察到电子的这种移动。