Ionische Polarisation

Ionische Polarisation

Bevor wir verstehen, was ionische Polarisation ist, betrachten wir, wie ein Natriumchlorid (NaCl)-Molekül entsteht. Ein Natriumchlorid (NaCl)-Molekül wird durch eine ionische Bindung zwischen Natrium- und Chlor-Atomen gebildet. Das Natrium-Atom gibt ein Elektron ab, um acht Elektronen in seiner äußersten Schale zu haben. Auf diese Weise wird das Natrium-Atom zu einem positiven Ion. Andererseits nimmt das Chlor-Atom ein Elektron auf, um acht Elektronen in seiner äußersten Schale zu haben und wird zu einem negativen Ion. Aufgrund der elektrostatischen Kraft zwischen den positiven Natrium- und den negativen Chlor-Ionen binden sie sich zusammen und bilden ein Natriumchlorid-Molekül. Natürlich hat jedes Natriumchlorid-Molekül ein positives und ein negatives Ende. Denn, der Natrium-Teil des Moleküls ist leicht positiv geladen, da es ein positives Natrium-Ion enthält, und der Chlor-Teil ist leicht negativ geladen, da er ein negatives Chlor-Ion enthält.

Da im Natriumchlorid-Molekül eine interatomare Distanz besteht, muss auch in Abwesenheit eines extern angewendeten elektrischen Feldes ein Dipolmoment im Molekül vorhanden sein. Da die Natriumchlorid-Moleküle nur zwei Atome (Ionen) haben, muss in jedem Molekül ein einzelnes Dipolmoment von dem negativen zum positiven Ion zeigen. Es gibt jedoch viele ionische Verbindungen, die mehr als zwei Atome haben. In diesen Fällen gibt es mehr als eine ionische Bindung und somit müssen so viele Dipolmomente vorhanden sein wie die Anzahl der Bindungen in einem Molekül. Allerdings sind alle Dipolmomente von relativ negativen Ionen zu positiven Ionen gerichtet. Das resultierende Dipolmoment eines einzelnen Moleküls wäre die Vektorsumme der individuellen Dipolmomente des Moleküls.

Wenn das Molekül ein Zentrumsymmetriezentrum hat, dann kann das Molekül mehrere interionische Dipolmomente haben, aber das resultierende Gesamtdipolmoment des Moleküls wäre null. Das Netto-Dipolmoment des Moleküls tritt nur bei asymmetrischer Struktur der Moleküle auf. Dieses Netto-Dipolmoment des Moleküls wird als permanentes Dipolmoment bezeichnet, da es im Molekül auch in Abwesenheit eines äußeren elektrischen Feldes vorhanden ist. Nehmen wir Bezug auf die folgenden Abbildungen. In der ersten Abbildung besteht das Molekül aus zwei Atomen und hat nur ein einzelnes Dipolmoment, das von den negativen zu den positiven Ionen zeigt. In Abbildung 2 hat das Molekül ein Zentrumsymmetriezentrum.

Es gibt zwei Dipolmomente von negativen zu positiven Ionen, aber sie heben sich gegenseitig auf. Daher gibt es kein Netto-Dipolmoment des Moleküls. In Abbildung 3 gibt es ein Netto-Dipolmoment aufgrund der asymmetrischen Struktur des Moleküls. Die Moleküle können also ein permanentes Dipolmoment haben oder nicht, aber sobald ein externes elektrisches Feld angewendet wird, neigen die negativen Ione der Moleküle dazu, sich in Richtung der positiven Seite des angewendeten Feldes zu verschieben, und die positiven Ione der Moleküle neigen dazu, sich in Richtung der negativen Seite des angewendeten elektrischen Feldes zu verschieben.

Dies wird ionische Polarisation genannt. Wenn es N polarisierte Moleküle pro Einheitsvolumen des Materials gibt, wird die ionische Polarisation des Materials durch

gegeben, wobei µionic das mittlere induzierte Dipolmoment des Moleküls aufgrund des extern angewendeten elektrischen Feldes ist. Dies ist offensichtlich proportional zur Stärke des angewendeten elektrischen Feldes. Also,

Wiederum, wenn ein externes Feld angewendet wird, wird es eine leichte Verschiebung des positiven Kerns und der negativen Elektronen jedes Atoms der Moleküle geben. Daher wird es in jedem Atom der Moleküle ein elektronisches Dipolmoment geben. Dieses elektronische Dipolmoment ist ebenfalls proportional zur Anzahl der Moleküle pro Einheitsvolumen und der Stärke des angewendeten elektrischen Feldes. Der Proportionalitätsfaktor oder die Polarizierbarkeit für das sagen wir, α elektronisch.

Es ist selbstverständlich, dass immer, wenn ein elektrisches Feld in einem Dielektrikum aus ionischem Verbindung angewendet wird, zwei Arten von Polarisationen in ihm auftreten. Diese sind die ionische Polarisation und die elektronische Polarisation. Die gesamte Polarisation ist die Summe dieser beiden Polarisationen.

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