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偶極矩

偶極矩是一個物理學和化學中的概念,定義為正負電荷中心之間的距離與電荷中心所帶電量的乘積。它是一個矢量,方向規定為由正電荷中心指向負電荷中心。偶極矩的數學表達式為\(\mu = qd\),其中\(q\)是電荷中心所帶的電量,\(d\)是正負電荷中心之間的距離。

偶極矩的單位是德拜(D),但傳統上用於度量化學鍵的偶極矩的單位是德拜。這是因為電子電荷\(e = 1.6022 \times 10^{-19} C\),而鍵偶極矩的電量\(q\)的數量級為\(10^{-10} e\)(esu是靜電單位的符號,\(1 eSu = 3.335 \times 10^{-10} C\)),鍵偶極矩的長度\(l\)的數量級為\(10^{-8} C\),兩者相乘的數量級為\(10^{-18} eSu \times C\),因此得到化學鍵的偶極矩單位——德拜,\(1 D = 10^{-18} eSu \times C\)。

偶極矩可以分為鍵偶極矩和分子偶極矩。鍵偶極矩是兩個電荷中心之間的偶極矩,而分子偶極矩是分子中所有鍵偶極矩的總和。實驗測得的偶極矩可以用來判斷分子的空間構型,例如,同屬於AB2型分子,CO2的偶極矩為0,可以判斷它是直線型的;H2S的偶極矩不為0,可以判斷它是折線型的。此外,偶極矩的大小也可以表示分子的極性大小,鍵偶極矩越大,表示鍵的極性越大;分子的偶極矩越大,表示分子的極性越大。