
偶極矩(Dipole Moment)是描述電荷系統中正負電荷分離程度的物理量,其本質是矢量性特征,方向由負電荷指向正電荷。該概念在化學、電磁學及材料科學中具有核心地位,常用于量化分子極性或介質極化特性。
數學表達式為: $$ mu = q times d $$ 其中$mu$表示偶極矩,$q$為電荷量(單位:庫侖),$d$為電荷間距矢量(單位:米)。該公式源自Pauling《化學鍵的本質》對極性分子的經典描述。
核心特征包含:
典型實例:
權威參考文獻:
偶極矩是描述電荷系統中正負電荷分離程度的物理量,廣泛應用于化學、物理和材料科學領域。以下是詳細解釋:
1. 定義與公式 偶極矩(μ)是電荷量(q)與正負電荷中心間距(d)的乘積,公式為: $$ mu = q cdot d $$ 單位為德拜(D)或庫侖·米(C·m),1 D ≈ 3.336×10⁻³⁰ C·m。它是矢量,方向從負電荷指向正電荷。
2. 分子極性判斷 • 極性分子(如H₂O):正負電荷中心不重合,μ≠0 • 非極性分子(如CO₂):對稱結構抵消偶極矩,μ=0
3. 應用領域 •化學:預測分子極性、溶解性(如極性分子易溶于極性溶劑) •材料科學:分析介電常數、分子間作用力 •光譜學:解釋紅外吸收特性(偶極矩變化是紅外活性的必要條件)
4. 實例說明 水分子(H₂O)因V型結構産生1.85 D的偶極矩,導緻強極性;而四氯化碳(CCl₄)因對稱四面體結構,總偶極矩為零。
5. 擴展概念 •誘導偶極矩:外電場使分子電荷分布瞬時偏移産生 •瞬時偶極矩:量子漲落引起的短暫電荷分離(解釋範德華力)
該概念對理解物質介電性、化學反應機理及生物分子相互作用(如蛋白質折疊)有重要意義。
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