분자의 유전 특성 개념. 분자의 분극
이제 영구 쌍극자 모멘트를 갖는 분자를 생각해 보십시오. 피 0,예를 들어 물 분자. 전기장이 없으면 개별 쌍극자는 서로 다른 방향을 가리키므로 단위 부피당 총 모멘트는 0이 됩니다. 그러나 전기장을 가하면 즉시 두 가지 일이 발생합니다. 첫째, 전자에 작용하는 힘으로 인해 추가적인 쌍극자 모멘트가 유도됩니다. 이 부분은 우리가 비극성 분자에서 발견한 것과 동일한 전자 분극성을 초래합니다. 매우 정확한 연구에서는 물론 이 효과도 고려해야 하지만 지금은 이를 무시하겠습니다. (항상 끝에 추가할 수 있습니다.) 둘째, 전기장은 개별 쌍극자를 정렬하여 단위 부피당 순 토크를 생성하는 경향이 있습니다. 모든 쌍극자가 가스에 일렬로 늘어서 있으면 분극이 매우 커지겠지만 이런 일은 일어나지 않습니다. 일반적인 온도와 전계 강도에서는 열 운동 중 분자 간의 충돌로 인해 분자가 제대로 정렬되지 않습니다. 그러나 일부 정렬이 여전히 발생하므로 약간의 분극이 발생합니다(그림 11.2). 결과적인 편파는 1장에서 설명한 통계 역학의 방법으로 계산할 수 있습니다. 40(4호).
이 방법을 사용하려면 전기장에서 쌍극자의 에너지를 알아야 합니다. 전기장에서 모멘트 p 0인 쌍극자를 생각해 봅시다(그림 11.3). 양전하의 에너지는 qψ(1)이고, 음전하의 에너지는 -qψ(2)입니다. 여기에서 우리는 쌍극자 에너지를 얻습니다
여기서 θ는 p0와 E 사이의 각도입니다. 예상한 대로 쌍극자가 필드를 따라 정렬되면 에너지가 줄어듭니다. 이제 통계 역학의 방법을 사용하여 쌍극자가 얼마나 강하게 정렬되어 있는지 알아 보겠습니다. 채널에서. 40(문제 4) 우리는 열 평형 상태에서 위치 에너지를 갖는 분자의 상대적인 수를 발견했습니다. 유
비례적으로
어디 유 (x, y,지) - 위치에 따른 위치 에너지. 동일한 주장을 사용하여, 위치에너지를 함수로 표현하면 다음과 같이 말할 수 있습니다. 각도(11.14)의 형태를 가지며, 각도 θ에 있는 분자의 수는 유닛 당솔리드 앵글, exp에 비례 (- U/kT).
각도 θ로 향하는 단위 입체각당 분자 수를 다음과 같다고 가정합니다. N(θ), 우리는
일반적인 온도와 필드의 경우 지수는 작으며 지수를 확장하면 대략적인 식을 사용할 수 있습니다.
우리는 찾을 것이다 N, 모든 각도에 걸쳐 (11.17)을 통합합니다. 결과는 같아야 한다 N,
저것들. 단위 부피당 분자 수. 모든 각도에 대해 적분할 때 cos θ의 평균값은 0이므로 적분은 단순히 n입니다. 0 ,
총 입체각 4π를 곱합니다. 우리는 얻는다
(11.17)로부터 더 많은 분자가 자기장(cos θ = -1)에 반대되는 것보다 자기장(cos θ = 1)을 따라 방향을 잡을 것이라는 것이 분명합니다. 따라서 많은 분자를 포함하는 작은 부피에서는 단위 부피당 총 쌍극자 모멘트가 발생합니다. 양극화 아르 자형.계산하려면 아르 자형,단위 부피당 모든 분자 모멘트의 벡터 합을 알아야 합니다. 우리는 결과가 E를 따라 향할 것이라는 것을 알고 있으므로 해당 방향의 구성 요소를 합산하면 됩니다(E에 수직인 구성 요소의 합은 0이 됩니다).
각도 분포를 적분하여 합을 추정할 수 있습니다. θ에 해당하는 입체각은 2π sin θdθ;여기에서
대신 대체 N(θ) (11.17)의 표현은 다음과 같습니다.
이는 쉽게 통합되어 다음과 같은 결과를 가져옵니다.
편광은 필드에 비례합니다 이자형,따라서 유전 특성은 정상입니다. 더욱이 우리가 예상한 대로 분극은 온도에 반비례합니다. 왜냐하면 더 높은 온도에서 충돌이 정렬을 더 많이 방해하기 때문입니다. 이 1/T 의존성을 다음과 같이 부릅니다. 퀴리의 법칙.일정한 순간의 제곱 피 0다음과 같은 이유로 나타납니다. 주어진 전기장에서 정렬력은 다음에 따라 달라집니다. 피 0,정렬 중에 발생하는 평균 모멘트는 다시 비례합니다. r 0 .평균 유도 토크는 비례합니다 피 0 2.
이제 방정식 (11.20)이 실험과 얼마나 잘 일치하는지 살펴보겠습니다. 수증기를 가져 가자. 왜냐하면 우리는 그것이 무엇인지 모르기 때문이다. 피 0,그러면 우리는 직접적으로 계산할 수 없고 아르 자형,그러나 방정식(11.20)은 x - 1이 온도에 반비례하여 변할 것이라고 예측하므로 이를 확인해야 합니다.
(11.20)에서 우리는
따라서 x - 1은 밀도에 정비례하여 달라져야 합니다. N절대온도에 반비례합니다. 유전 상수는 단위 부피당 분자 수가 일정하게 유지되도록 선택된 여러 가지 압력 및 온도 값에서 측정되었습니다. (모든 측정이 일정한 압력에서 이루어지면 단위 부피당 분자 수는 온도가 증가함에 따라 선형적으로 감소하고 x - 1은 다음과 같이 변경됩니다. T-2, T-1과는 다릅니다.) 그림에서. 11.4 우리는 측정된 x - 1 값을 1/T의 함수로 표시했습니다. 식 (11.21)에 의해 예측된 의존성은 잘 충족됩니다.
극성 분자의 유전 상수에는 또 다른 특징이 있습니다. 외부 장의 주파수에 따라 변화합니다. 분자에는 관성 모멘트가 있기 때문에 무거운 분자는 자기장의 방향으로 회전하는 데 특정 시간이 필요합니다. 따라서 상위 마이크로파 영역이나 더 높은 영역의 주파수를 사용하면 분자가 필드를 따라갈 시간이 없기 때문에 유전 상수에 대한 극성 기여도가 떨어지기 시작합니다. 대조적으로, 전자의 관성이 더 작기 때문에 전자 분극성은 광 주파수까지 여전히 변하지 않습니다.
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쌀. 35. 전기장에서 비극성 분자의 분극
위의 극성 및 비극성 분자의 구조를 고려하여 외부에서 이러한 분자에 전기적 힘이 작용하지 않는다는 사실에서 출발했습니다. 후자의 영향은 분자의 내부 구조와 그 특성을 크게 변화시킬 수 있습니다. 특히, 외부 전기장의 영향으로 자체적으로 비극성인 분자는 일시적으로 극성으로 변합니다.
실제로 비극성 분자가 커패시터의 두 판 사이에 배치되어 있다고 상상해 봅시다(그림 35). 판의 전하는 분자 내부의 전하 분포에 영향을 미칠 것이 분명합니다. 양전하를 띤 핵은음극판에 전자를 끌어당기고 양극판에 전자를 끌어당깁니다.
결과적으로 전자는 핵을 기준으로 이동하고 그 전에 양전하와 음전하의 무게 중심이 일치하면 이제 서로 갈라지고 분자는 특정 쌍극자 모멘트를 가진 쌍극자가됩니다. 이 현상을 분자의 분극이라고 하며, 생성된 쌍극자를 유도 또는 유도라고 합니다. 외부 장을 제거하면 쌍극자가 사라지고 분자는 다시 비극성이 됩니다. 분자와 마찬가지로 이온도 전기장에서 분극됩니다(그림 36).
쌀. 36. 전기장에서의 이온 분극
각 이온은 전하를 운반하므로 그 자체가 전기장의 원천이기도 합니다. 따라서 반대 전하를 띤 이온으로 구성된 분자에서 후자는 서로 극성을 띠게 됩니다. 양전하를 띤 이온은 음전하를 띤 이온의 전자를 끌어당기는 반면, 음이온은 양이온의 전자를 밀어냅니다(그림 37). 이온이 변형됩니다. 즉, 전자 껍질의 구조가 변경됩니다. 따라서 분자에 결합된 이온의 구조는 자유 이온의 구조와 크게 달라야 합니다.
이온의 분극 효과는 강할수록 전하가 커지고, 동일한 전하의 경우 이온 반경이 감소함에 따라 급격히 증가합니다. 반대로 이온의 변형성은 작아집니다. 일반적으로 양이온은 음이온보다 크기가 작기 때문에 한 분자 내에서 두 이온이 서로 분극화되면 주로 음이온이 변형됩니다(그림 38).
강한 분극 효과는 전자가 전혀 없고 반경이 매우 작은 핵(양성자)인 양이온 수소 이온에 의해 발휘됩니다. 전자 껍질이 없기 때문에 양성자는 음이온으로부터 반발을 경험하지 않으며 매우 가까운 거리에서 접근할 수 있습니다.
쌀. 37. 이온의 상호 분극화 방식
이 접근법으로 인한 음이온의 변형은 말하자면 음이온의 전자 껍질에 양성자가 도입되는 것, 즉 공유 결합이 형성되는 것으로 이어집니다.
이온의 전자 껍질 변형 현상에 대한 연구를 통해 화합물의 구조에 더 깊이 침투하고 다양한 물리적, 화학적 특성을 설명할 수 있었습니다. 예를 들어, 음이온의 불균일한 변형은 HCl, HBr 및 HJ와 같이 유사하게 구성된 분자의 쌍극자 모멘트의 차이, 일부 산 및 염의 불안정성 및 기타 여러 화학 현상을 설명합니다. 이온의 변형과 해당 염의 색상 사이에도 밀접한 연관성이 확립되었습니다.
당신은 분자와 이온의 극성화라는 주제에 관한 기사를 읽고 있습니다.
전기장의 영향으로 물질이 분극되는 데에는 두 가지 이유가 있습니다. 첫 번째는 전자 껍질의 무게 중심 변위(편극성 자체)로 구성됩니다. 두 번째는 장의 방향 조정 효과로, 영구적인(때때로 단단한 쌍극자 모멘트라고도 함) 쌍극자 모멘트를 갖는 분자를 장의 방향에 더 가깝게 회전시킬 수 있습니다. 따라서 분극성을 a - 분극성 자체와 방향성 분극성의 두 부분으로 나누는 것이 허용됩니다.
쌍극자의 배향에는 분자 전체의 회전이 필요합니다. 분자의 관성으로 인해 이러한 회전에는 약간의 시간이 걸립니다. 빠른 전자기 진동으로 인해 강성 쌍극자는 자기장을 따라갈 수 없습니다. 따라서 광파에는 방향성 편파성이 없습니다.
굴절률을 측정함으로써 분자 a의 분극성을 찾을 수 있습니다. 추가로 측정되면 빼기를 통해 방향 분극성 값이 제공됩니다.
배향 분극도의 값은 분자의 단단한 쌍극자 모멘트와 직접적인 관련이 있습니다. 그걸 보여주자
가스 분자는 열적 혼란 운동으로 인해 임의의 방향으로 공간에 흩어집니다. 필드가 없으면 분자의 쌍극자 모멘트는 모든 방향을 가질 가능성이 동일합니다. 필드가 겹쳐지면 상황이 달라집니다. 쌍극자의 위치 에너지는 쌍극자 끝의 필드 전위가 어디에 있는지와 같습니다.
어디에 필드와 쌍극자 모멘트 벡터 사이의 각도가 있습니다. 필드를 따라 설정된 쌍극자는 최소 에너지를 가지며, 그 에너지는 다음과 같습니다. - 열 운동은 모든 쌍극자가 최소 에너지로 위치를 잡는 것을 방지합니다. 특정 절충 분포가 설정됩니다. 최대 엔트로피와 최소 에너지에 대한 요구가 균형을 이룹니다(참조, p. 603). 볼츠만의 법칙은 이러한 절충안을 표현합니다. 분자의 에너지가 사이에 있을 확률은 다음에 비례합니다. 따라서 우리의 경우 쌍극자 모멘트 방향이 각도 사이에 있는 분자의 비율은 다음과 같습니다.
일반 온도의 경우 105V/cm 정도의 가장 강한 장의 경우에도 비율은 0.01 정도입니다(쌍극자 모멘트는 0.01 정도입니다. 따라서 근사치와 원하는 분자 분율로 제한할 수 있습니다. 와 같을 것이다
확률 개념의 의미에서 이 표현의 적분은 1과 같아야 합니다. 모든 분자에 대해 방향은 다음 사이 어딘가에 있기 때문입니다. 그런 다음 확인하기 쉽듯이 편광 벡터가 간격에 있는 분자의 비율 에서 까지 는 다음과 같을 것입니다
자기장 방향에 대한 쌍극자 모멘트의 투영은 다음과 같습니다. 단위 부피당 분자 수가 다음과 같습니다.
필드에 대해 특정 각도로 기울어진 분자에 의해 편광 벡터에 도입된 것은 다음과 같습니다.
편광 벡터는 이 표현식을 에서 까지 적분하여 구합니다. 우리는 다음을 얻습니다:
따라서 배향 분극성은 다음 공식으로 표현됩니다.
분자 분극과 온도 사이의 관계는 다음 식으로 표현됩니다.
이론의 이러한 결론은 경험에 의해 완벽하게 확인되었습니다. 7의 함수로 9를 측정하면 이러한 의존성 과정에서 분자의 전기적 특성을 특징짓는 두 가지 매개변수인 분극성과 "단단한" 쌍극자 모멘트를 계산하는 것이 어렵지 않습니다.
이러한 방식으로 굴절(a에 대한)에서 얻은 데이터를 편광 측정과 비교할 수 있습니다.
실험에 따르면 어떤 경우에는 이웃 입자의 쌍극자 상호 작용으로 인해 상호 작용하지 않는 분자 시스템의 값과 비교하여 유전 상수가 크게 변경될 수 있음이 나타났습니다. 이러한 종류의 관찰은 동일한 분자로 만들어진 액체와 기체를 측정하여 이루어질 수 있습니다.
입자의 상호 작용은 결정의 유전 상수에도 영향을 미칩니다.
결정체에서는 일반적으로 전자 껍질의 변형과 이온 이동으로 인해 전기 분극이 발생합니다. 방향성 분극이 없습니다. 결정 내 분자의 회전은 대부분 불가능합니다.
많은 이온 결정에서 굴절률의 제곱은 유전 상수보다 훨씬 작습니다 (예를 들어 암염은 각각 2.37과 6.3, 이산화 티타늄은 7.3과 114, 탄산 납은 4.34와 24 등). 이러한 결정에서는 정적 장의 영향으로 전자 껍질이 변형될 뿐만 아니라 이온도 전체적으로 이동됩니다. 반대로, 분자 결정에서는 유전 상수가 굴절률의 제곱과 다르지 않다는 것이 확인되었으며, 이는 전자 껍질의 변형으로 인해 분극이 존재함을 증명합니다.
방향성 분극이 없기 때문에 결정은 온도에 대한 유전 상수의 의존성이 약합니다.
우리는 이미 빠르게 교대하는 장 방향 편광에서는 분자 편광이 굴절과 같아진다고 말했습니다. 어떤 필드 변동이 빠르게 고려되어야 하는지 아는 것이 중요합니다. 이는 휴식 시간에 따라 결정됩니다. 이완 시간이 진동 기간보다 훨씬 길면 방향성 분극이 없습니다.
완화 시간은 144페이지에서 논의되었습니다. 유전체가 일정한 장에 있는 경우, 쌍극자는 주어진 온도의 특성인 배향의 평형 분포를 취합니다. 필드가 꺼지면 쌍극자의 방향 감각 상실이 발생합니다. 그러나 이는 즉시 발생하지 않으며 지수법칙에 따라 순서가 쇠퇴합니다. 이 감소 속도는 이완 시간, 즉 분극이 요소별로 감소하는 시간으로 특징지어집니다. 진동 기간이 훨씬 길면 쌍극자의 방향이 변경되기 전에 외부 필드의 방향이 변경됩니다. 그러한 빠른 장의 작용은 쌍극자의 행동에 전혀 영향을 미치지 않습니다. 각 순간 상태가 평형 상태에 있고 분극이 순종적으로 필드를 따르는 경우. 대부분의 유전체의 경우 이완 시간은 다음과 같습니다.
이미 언급했듯이 굴절률은 원자, 분자 및 이온의 분극도에 따라 달라집니다. 따라서 물질의 전기적 특성에 대한 연구는 분자 내 전하 분포에 대한 중요한 정보를 제공하고 전기적 비대칭으로 인해 물질의 일부 특성을 확립하는 것을 가능하게 합니다.
분자에서 쌍극자 모멘트 발생의 본질에 관한 몇 가지 질문을 고려해 보겠습니다.
분극성과 쌍극자 모멘트
모든 분자는 양전하를 띤 핵과 음전하를 띤 전자의 집합체입니다. 총 전하가 +e이면 모든 전자의 전하는 -e가 됩니다.
공간에서 핵과 전자의 분포가 양전하와 음전하의 "중력" 중심이 일치하지 않는 경우, 분자는 영구 쌍극자 모멘트를 갖습니다.
여기서 l은 전하 중심 사이의 거리입니다.
이 분자는 극성입니다. 분자 극성의 척도는 쌍극자 모멘트이며, 이는 데바이(D)로 표시됩니다.
D = 3.33564 10·30C·m
쌍극자 모멘트는 벡터량입니다. 벡터 ">"의 방향은 음극에서 양극으로 선택됩니다. 그러나 화학 문헌에서는 전통적으로 반대 방향, 즉 "+"에서 "?"로 채택됩니다.
즉, 동일한 원자로 구성된 단순한 물질의 이원자 분자와 높은 대칭성을 갖는 복잡한 물질의 다원자 분자에서 반대 전하의 "중력" 중심이 일치하는 경우(l = 0), 그러한 분자는 일정한 모멘트(m = 0)이며 비극성입니다.
비극성 분자가 예를 들어 커패시터에 의해 생성된 일정한 전기장에 배치되면 그 분극이 발생하고 전하의 다방향 변위(변형 분극)로 표현됩니다. 무거운 원자핵은 음극 쪽으로 약간 이동하고, 질량이 작은 전자는 쉽게 양극 쪽으로 이동합니다. 결과적으로 양전하와 음전하의 "중력" 중심이 일치하지 않고 유도된(유도된) 쌍극자가 분자에 나타나며 그 순간은 전계 강도에 비례합니다.
m ind = b D E, (11)
여기서 E는 분자의 내부 전기장의 강도입니다 [el. 미술. 단위/cm 2 ; C/cm 2 ]
b D - 전계 강도가 1과 같을 때 쌍극자 모멘트가 생성되는 것을 보여주는 비례 계수입니다. b D가 클수록 분자는 더 쉽게 분극화됩니다. 변형 분극도라고 불리는 계수 b D는 다음에서 전자 b D와 원자 분극도 b의 합과 같습니다.
b D = b el + b at (12)
원자핵에서 외부(더 이동성이 높은) 원자가 전자가 더 많이 제거될수록 분자의 전자 분극성은 더 높아집니다. 원자핵의 변위는 중요하지 않으며(b at은 b el의 5 - 10%) 무시할 수 있으므로 대략 b D = b el입니다.
따라서 유도된 쌍극자 또는 소위 유도 쌍극자 모멘트가 전기장에서 형성됩니다.
극성 분자가 전기장에 놓이면 두 가지 과정이 발생합니다. 첫째, 분자는 장을 따라 배향되고, 둘째, 전하의 무게 중심 사이의 거리가 증가하여 분자의 쌍극자 모멘트가 증가합니다.
따라서 전기장 내의 극성 분자는 비극성 분자와 마찬가지로 변형 분극을 경험합니다. 또한 전기장의 영향을 받아 힘의 선을 따라 방향이 지정되어 최소 위치 에너지에 해당하는 안정적인 위치를 차지하려고 합니다. 배향 분극이라고 하는 이 현상은 분자의 분극도가 b만큼 증가하는 것과 동일한 효과를 제공합니다. 즉, 배향 분극도라고 합니다.
여기서 k는 볼츠만 상수(1.380662(44) 10?23 J/K)입니다.
T - 절대 온도, K.
따라서 분자 b의 전체 분극화도는 세 가지 양으로 구성됩니다.
b = b el + b at + b 또는 또는 b = b D + b 또는 (14)
방정식 (11)과 (12)로부터 총 분극도 b는 부피 [cm3 또는 A3]의 차원을 갖게 됩니다.
몰분극성
전기장(전자기장)에서 분자는 분극화되고 물질의 유전 상수(e) 값을 특징으로 하는 장력 상태가 발생합니다. 이는 쿨롱의 법칙 방정식에 포함되어 실험적으로 결정될 수 있습니다.
물질 전체를 특징짓는 유전 상수를 측정함으로써 유전체의 분극 이론을 사용하여 Clausius-Mossotti 공식과 관련된 분자의 전기 광학 매개 변수를 결정할 수 있습니다.
여기서 N A는 아보가드로 수입니다.
M은 물질의 분자량입니다.
C는 물질의 밀도(g/ml)입니다.
Р М - 몰 분극 - 물질 1몰을 차지하는 부피에서 유도된 모멘트의 측정값을 나타내는 양입니다.
분자의 몰 분극, 쌍극자 모멘트 및 전반적인 분극성은 방정식 (12) - (14)에서 파생된 Debye 방정식에 의해 서로 관련됩니다.
Debye 방정식을 사용하면 알려진 e, M 및 c 값으로부터 b 및 m 값을 계산할 수 있습니다.
상대적으로 큰 e 및 P 값(예: H 2 O, HCN, HCl)을 갖는 물질 분자의 분극은 온도에 따라 달라지며 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 전하 대칭 중심이 없는 이러한 물질의 분자는 영구 쌍극자입니다. 이들의 경우 Debye 방정식의 몰 분극은 1/T의 선형 함수로 표현됩니다.
m = 0인 물질은 대칭 분자(예: O 2, CO 2, CS 2, 많은 탄화수소 분자)로 구성됩니다. 전기장에서는 그러한 분자에서 유도된 쌍극자 모멘트가 발생합니다. 이러한 유형의 분자 분극은 온도에 의존하지 않습니다(그림 3).
영구 쌍극자 분자의 경우 (직선 a, 그림 3) 세로 세그먼트 OA = a는 분극도 b의 값을 결정하고 tgв = b - 쌍극자 모멘트 m의 값
분자의 완전한 분극은 정적 전기장이나 저주파 전자기장에서 관찰될 수 있지만, 쌍극자가 방향을 잡을 시간이 없는 고주파수 장에서는 관찰될 수 없습니다. 따라서 예를 들어 저주파 적외선 복사 분야에서는 전자 분극과 원자 분극이 모두 발생하고 가시광선의 고주파수 분야에서는 전자 분극만 발생합니다(P el = 4/3pN A b el). 고주파 진동 중에는 매우 가벼운 입자(전자)만이 움직일 시간을 갖습니다. 비극성 물질의 경우: P OR = 0 및 P = P D? R EL.
쌀. 삼. 몰 분극의 의존성
반환 온도에서
a - 분자의 경우 영구 쌍극자;
b - 비극성 분자의 경우.
분자의 쌍극자 모멘트
분자의 전기적 및 자기적 특성
수소결합
수소 결합은 분자와 화학적 상호 작용력 사이의 중간입니다. 이 독특한 연결은 다른 모든 원자와 구별되는 특징을 갖는 수소 원자 사이에 확립됩니다. 결합을 형성하기 위해 전자를 포기하면 전자가 없는 핵(양성자)의 형태로 남아 있습니다. 직경이 다른 원자의 직경보다 수천 배 작은 입자 형태입니다. 또한, 전자가 없기 때문에 H+ 이온은 다른 원자의 전자 껍질로부터 반발력을 느끼지 않고 오히려 끌어당깁니다. 이를 통해 다른 원자에 더 가까이 다가가 전자와 상호 작용하고 심지어 전자 껍질을 관통할 수도 있습니다. 따라서 액체에서 수소 이온은 독립적인 입자로 저장되지 않고 다른 물질의 분자와 결합됩니다. 물에서는 H 2 O 분자와 결합하여 암모니아 분자 NH 4 +와 함께 하이드로 늄 이온 H 3 O +를 형성합니다.
수소 결합은 수소 원자의 두 번째 2차 원자가와 같습니다.
결합 강도 ¸ 20-30 kJ/mol
수소결합은 물과 얼음의 구조에서 매우 중요한 역할을 합니다.
H-O 공유 결합 길이 = 0.99 A°, 수소 결합 길이 - 1.76 A°.
얼음이 녹으면 수소결합이 깨지고, 가열하면 팽창이 일어납니다. 수소 결합이 파괴되면 부피가 감소하고 결과적으로 물의 밀도는 4°C에서 최대가 됩니다.
분자 내 전하의 무게 중심이 일치하지 않으면 양극과 음극이 발생합니다. 이러한 분자를 극성이라고합니다. 두 개의 동일한 반대 전하로 구성된 시스템을 쌍극자라고 합니다.
극성의 척도는 전하 q와 거리 l의 곱인 쌍극자 모멘트 m으로 간주됩니다.
크기 순으로 보면, 쌍극자 모멘트는 전자의 전하에 거리(10 -10 el.st.u.' 10 -8 cm)를 곱한 것과 같습니다. 이는 10-18 el.st.u.cm이고 1데바이와 같습니다.
분자에 여러 개의 극성 결합이 있는 경우 총 모멘트는 개별 결합의 쌍극자 모멘트의 벡터 합과 같습니다.
외부 전기장에 노출되었을 때 분자가 겪는 다양한 변화를 분극이라고 합니다. 방향성, 원자 및 전자 분극이 있습니다.
배향 분극은 외부 전기장의 방향에 따른 공간 내 극성 분자의 배향을 나타냅니다. 온도가 증가하면 방향 분극이 감소합니다.
원자 분극은 분자를 구성하는 원자의 상대적 변위를 나타냅니다. 이는 음극을 기준으로 양전하를 띤 핵의 변위를 나타냅니다.
전자 분극으로 인해 전자는 원자핵을 기준으로 이동합니다.
원자 및 전자 분극은 온도에 의존하지 않습니다. 전자, 원자 및 방향성 분극의 합을 총 분극 또는 몰분극이라고 합니다.
R = R a + R e + R 또는 = R 또는 + R d
R d = R a + R e
원자 분극과 전자 분극의 합을 변형 분극이라고 합니다.
분자가 전자기장, 특히 가시광선(l = 4000-8000A)과 상호 작용할 때 원자 및 방향 분극은 발생하지 않습니다. 왜냐하면 원자는 빛의 진동과 동일한 속도로 이동할 시간이 없기 때문입니다. 전자는 빛의 진동에 반응합니다. 몰분극은 전자분극과만 같으며 이를 몰굴절이라고 한다.
몰굴절은 부가적인 성질을 가지며 주어진 물질의 특성상수이다.
굴절 가산성은 유기 분자의 구조를 밝히기 위해 사용됩니다.
R m = å n Ri , 여기서 n은 원자 수
Ri - 몰 굴절 증분
CH 3 -CH 2 -COOH - 프로피온산
Rm = 3Rc + 6Rн + Ro-hydroxy + Ro-carbox =
3×2.418 + 6×1.10 + 1.325 + 2.211 = 17.59 cm 3 /g-at
실험은 17.68 cm 3 /g-at를 제공한다.
