分子極化

無論是非極性分子還是極性分子，在外電場作用下，分子內的正、負電荷中心都會發生相對位移，產生誘導偶極，這一過程叫作分子極化。極性分子在無外電場作用時所具有的極性，稱為固有偶極。分子在外電場作用下所產生的極性，稱為誘導偶極。

基本介紹

• 中文名：分子極化
• 外文名：molecular polarization
• 含義：分子在外電場作用下產生誘導偶極
• 套用：分子間作用力的產生

分子極性

分子中成鍵兩原子的電負性相同時，形成的共價鍵正負電荷重心重合，叫做非極性共價鍵；成鍵兩原子的電負性不相同時，形成的共價鍵正負電荷重心不重合，叫做極性共價鍵。鍵的極性大小取決於成鍵兩原子的電負性差值，電負性差值越大，鍵的極性越強。

同樣，分子也有極性和非極性之分。正負電荷重心重合的分子叫做非極性分子；正負電荷重心不重合的分子叫做極性分子，極性分子中的正負電荷重心稱為極性分子的固有偶極。對雙原子分子而言，分子的極性與鍵的極性一致，鍵有極性，分子必然有極性；鍵無極性，則分子無極性。對多原子分子而言，分子的極性取決於鍵的極性和分子的空間構型。如果各條鍵均無極性，則分子無極性，如P₄、S₈、石墨等。如果分子中鍵有極性，分子的極性還與分子的空間構型有關，分子空間構型完全對稱時，鍵的極性被抵消，正負電荷重心重合，分子無極性，是非極性分子，如CO₂、CH₄等；分子空間構型不對稱時，鍵的極性不能抵消，正負電荷重心不重合，分子有極性，是極性分子，如H₂O、NH₃等。

分子的極性大小可以用偶極矩口描述。若分子中偶極的電量為q，偶極之間的距離為d，兩者的乘積即為偶極矩μ。

偶極矩是一個矢量，單位為C·m，方向從正極指向負極。偶極矩的大小體現了分子極性的強弱，偶極矩越大，分子極性越強。偶極矩可以通過實驗測定。下表為某些氣態分子偶極矩的實驗數據。

某些分子偶極矩和分子空間構型

分子的極化機理

偶極矩是分子固有的，稱作永久偶極矩（permanent dipole moment）。分子在外電場的作用下也能產生偶微矩。外電場的正極吸引分子中的電子，推斥原子核；外電場的負極吸引原子核，推斥電子。在外電場的作用下．分子的正負電荷中心產生相對位移，這樣產生的偶極矩稱作誘導偶極矩（induced dipole moment），如下圖所示。無論是極性分子或非極性分子在外電場作用下都會產生誘導偶極矩，所以極性分子的偶極矩將增加。在此，外電場可以是正、負離子，也可以是極性分子。

外電場對分子極性影響示意圖

外電場使分子中的電子云分布發生變形，產生誘導偶極矩的現象稱作極化（polarization）。分子在外電場作用下，正、負電荷中心產生相對位移，分子發生變形，稱為分子的變形性（deformability）。外電場愈強，分子變形性愈大，誘導偶極矩愈大。

分子之間相互作用時也可以發生分子的極化，這正是分子間存在相互作用力的重要原因。

分子極化率

描述電介質極化特性的微觀參數，簡稱極化率。無論哪一種電介質，其組成的分子在外電場作用下會出現感應偶極矩。一般，分子的感應偶極矩μ與作用於它的有效電場強度E_i成正比，即

比例常數α稱為分子極化率，單位是F·m²。

對應於電子位移極化、原子（離子）位移極化和轉向極化的極化率分別為電子極化率、原子（離子）極化率和轉向極化率。電子極化率α_e的大小與原子或離子的半徑有關，而與溫度無關。離子極化率α_i與離子間的距離有關，隨著溫度升高而增大，但增加很小。轉向極化率α_d與溫度的關係密切，當場強不高而溫度又不太低時，即分子熱運動的無序化作用占優勢的情況下，轉向極化率隨著溫度上升而減小。