イオン極化

イオン極化

イオン極化イオン極化を理解する前に、塩化ナトリウム（NaCl）分子がどのように形成されるかを見てみましょう。塩化ナトリウム（NaCl）分子は、ナトリウムと塩素原子の間のイオン結合によって形成されます。ナトリウム原子は、外側の軌道に8つの電子を持つために1つの電子を放出します。このようにして、ナトリウム原子は正イオンになります。一方、塩素原子は、外側の軌道に8つの電子を持たせるために1つの電子を取り込み、負イオンになります。これにより、正のナトリウムイオンと負の塩素イオンの間に静電力が働くため、これらは結合し、塩化ナトリウム分子を形成します。自然に、各塩化ナトリウム分子には正の端と負の端があります。なぜなら、ナトリウム部分は正のナトリウムイオンの存在により微弱に正に帯電し、塩素部分は負の塩素イオンの存在により微弱に負に帯電するからです。

塩化ナトリウム分子には核間距離があるため、外部から電場が加えられなくても分子内には双極子モーメントが存在します。塩化ナトリウム分子は2つの原子（イオン）しかないので、各分子には負から正のイオンに向かう単一の双極子モーメントが存在します。しかし、多くのイオン化合物は2つ以上の原子を持っています。これらの場合は、複数のイオン結合があり、その結果、分子内の結合数と同じだけの双極子モーメントが存在します。ただし、すべての双極子モーメントは比較的負のイオンから正のイオンへと向いています。単一の分子の結果的な双極子モーメントは、分子内の個々の双極子モーメントのベクトル和です。

もし分子が対称中心を持っている場合、分子は多数のイオン間の双極子モーメントを持つかもしれませんが、分子全体の結果的な双極子モーメントはゼロになります。分子のネット双極子モーメントは、分子の非対称構造でのみ存在します。この分子のネット双極子モーメントは、周囲の電場がなくても分子内に存在するため、永久双極子モーメントと呼ばれます。次の図を参照してください。最初の図では、分子は2つの原子で構成され、負から正のイオンに向かう単一の双極子モーメントのみを持っています。図2では、分子には対称中心があります。

負から正のイオンへの2つの双極子モーメントがありますが、それらは互いに打ち消し合います。したがって、分子のネット双極子モーメントはありません。図3では、分子の非対称構造のためにネット双極子モーメントがあります。したがって、分子は永久双極子モーメントを持つか持たないかですが、外部電場が適用されるとすぐに、分子の負イオンは適用電場の正側に向かって移動し、分子の正イオンは適用電場の負側に向かって移動します。

これがイオン極化と呼ばれるものです。材料の単位体積中にN個の極化された分子が存在する場合、材料のイオン極化は以下の式で与えられます。

ここで、μionicは、外部から適用された電場により誘導される分子の平均双極子モーメントです。これは明らかに適用電場の強度に比例します。したがって、

また、外部電場が適用されると、分子内の各原子の正の核と負の電子が微小にずれます。そのため、分子内の各原子には電子双極子モーメントが生じます。この電子双極子モーメントもまた、単位体積あたりの分子数と適用電場の強度に比例します。これをα電子と呼びます。

言うまでもなく、イオン化合物の誘電体に電場が適用されると、2種類の極化が発生します。これらはイオン極化と電子極化です。全極化はこれらの2つの極化の合計です。

声明：原文を尊重し、良い記事は共有に値します。侵害があれば削除をお願いします。