پرسش

با سلام
چرا ثابت دی الکتریک اب بالا است ؟درباه ممان دوقطبی بیشتر توضیح دهید.
با تشکر

پاسخ

با عرض سلام و آرزوی قبولی طاعات و عبادات شما دوست عزیز در ماه مبارک رمضان:

ثابت دی الکتریک یا گذردهی خلا Vacuum permittivity یکی از خواص فیزیکی اساسی می باشد.
ثابت دی الکتریک عددی است که با توانایی یک ماده برای حمل جریان متناوب نسبت به توانایی خلا برای حمل جریان متناوب مرتبط می باشد. توان ایجاد شده بوسیله ی حضور این مستقیماً متناسب با ثابت دی الکتریک ماده می باشد.
فرمولهای لازم برای بدست آوردن این کمیت در سایت های زیر آمده است:
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_constant
و
http://www.st-andrews.ac.uk/~jcgl/Scots_Guide/info/comp/passive/capacit/dielec/di_const/dicon.html

اما در مورد حلالها و ازجمله آب، توانایی یک مایع یا حلال برای حل کردن مواد جامد یونی، شدیداً به ثابت دی الکتریک آن مایع بستگی دارد. نیروی F جاذبه ی بین کاتیونها و آنیونهایی که در محیطی با ثابت دی الکتریک خاص غوطه ورند، با ثابت دی الکتریک نسبت عکس دارد. یعنی هر چه ثابت دی الکتریک بیشتر باشد، جاذبه ی آنیونها و کاتیونهای تشکیل دهنده ی ماده ی جامدئ یونی در آن کمتر بوده/ف راحت تر ازهم جدا شده و در ان حلال حل می شوند.
آب داری ثابت دی الکتریک برابر 82 در دمای 25 درجه ی سانتیگراد است.

آب مولکولی قطبی است زیرا پیوندهای اکسیژن-هیدروژن به لیل اختلاف الکترونگاتیویته ی اتمهای اکسیژن و هیدروزن در آن قطبی هستند. درواقع اکسیزن که دارای الکترونگاتیویته ی بیشتری از هیدروزن است، الکترونهای پیوندی را بیشتر به سمت خود کشیده دارای بار جزئی منفی می شود، درنتیجه هیدروژن دارای بار جزئی مثبت می گردد. اما آیا قطبی بودن پیوند برای داشتن یک مولکول قطبی کافی است؟ به عنوان مثال در مولکول بریلیم کلرید BeCl2 اختلاف الکترونگاتیوی بین اتمهای بریلیم و کلر خیلی زیاد است، اما در عمل مشاهده می شود که این مولکول دارای ثابت دی الکتریک صفر بوده و ناقطبی است. دلیل این هم آن است که این مولکول دارای شکل خطی به صورت Cl-Be-Cl می باشد. درنتیجه دو پیوند دوقطبی در دو جهت مختلف اثر یکدیگر را خنثی کرده و سبب می شوند علیرغم قطبی بودن تک تک پیوندها، کل مولکول ناقطبی باشد.
اما در مولکول آب چطور، تجربه به راحتی قطبی بودن مولکولهای آب را نشان می دهد. یعنی نتیجه می گیریم که در مولکول آب، پیوندهای قطبی اثر یکدیگر را از بین نمی برند. زیرا شکل هندسی مولکول آب به صورت زاویه دار و خمیده است. بنابراین تراکم بار منفی در نزدیکی اتم اکسیژن و تراکم بار مثبت در نزدیکی هر اتم هیدروژن وجود دارد. به این دلیل مولکول آب قطبی است.
بنابراین نتیجه می گیرم که وجود پیوندهای قطبی برای داشتن مولکولهای قطبی، یک شرط لازم است اما کافی نیست. در یک مولکول قطبی، پیوندهای قطبی نمی توانند آرایش متقارن داشته باشند.
یک مولکول قطبی، مانند آب، به علت داشتن قطبهای مثبت و منفی، یک دوقطبی نیز نامیده می شود یا گفته می شود که گشتاور دوقطبی دارد. گشتاور دوقطبی میزانی از قدرت دوقطبی است و خاصیتی است که از توزیع نامتقارن بار در یک مولکول قطبی نتیجه می شود.
گشتاور دوقطبی به اندازه ی بارهای جزئی و فاصله ی بین آنها بستگی دارد. گشتاور دوقطبی به صورت زیر تعریف می شود:
Z=Qd
که Z گشتاور دوقطبیدوقطبی با میو نشان داده می شود که در اینجا نمی توان علامت میو را وارد کرد.)
Q اندازه ی بار جزئی بر حسب کولن و d فاصله ی بین بارهای جزئی برحسب متر است. از این رو گشتاور دوقطبی برحسب کولن متر بیان می شود.
از انجا که در آب به علت اختلاف زیاد الکترونگاتیوی بین اکسیژن و هیدروژن، میزان بارهای جزئی زیاد می باشد، بنابراین گشتاور دوقطبی آب زیاد بوده و برابر 14/6 کولن متر می باشد.

پیروز و سربلند باشید.