
偶极矩(Dipole Moment)是描述电荷系统中正负电荷分离程度的物理量,其本质是矢量性特征,方向由负电荷指向正电荷。该概念在化学、电磁学及材料科学中具有核心地位,常用于量化分子极性或介质极化特性。
数学表达式为: $$ mu = q times d $$ 其中$mu$表示偶极矩,$q$为电荷量(单位:库仑),$d$为电荷间距矢量(单位:米)。该公式源自Pauling《化学键的本质》对极性分子的经典描述。
核心特征包含:
典型实例:
权威参考文献:
偶极矩是描述电荷系统中正负电荷分离程度的物理量,广泛应用于化学、物理和材料科学领域。以下是详细解释:
1. 定义与公式 偶极矩(μ)是电荷量(q)与正负电荷中心间距(d)的乘积,公式为: $$ mu = q cdot d $$ 单位为德拜(D)或库仑·米(C·m),1 D ≈ 3.336×10⁻³⁰ C·m。它是矢量,方向从负电荷指向正电荷。
2. 分子极性判断 • 极性分子(如H₂O):正负电荷中心不重合,μ≠0 • 非极性分子(如CO₂):对称结构抵消偶极矩,μ=0
3. 应用领域 •化学:预测分子极性、溶解性(如极性分子易溶于极性溶剂) •材料科学:分析介电常数、分子间作用力 •光谱学:解释红外吸收特性(偶极矩变化是红外活性的必要条件)
4. 实例说明 水分子(H₂O)因V型结构产生1.85 D的偶极矩,导致强极性;而四氯化碳(CCl₄)因对称四面体结构,总偶极矩为零。
5. 扩展概念 •诱导偶极矩:外电场使分子电荷分布瞬时偏移产生 •瞬时偶极矩:量子涨落引起的短暂电荷分离(解释范德华力)
该概念对理解物质介电性、化学反应机理及生物分子相互作用(如蛋白质折叠)有重要意义。
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