方位極化

方向性極化について議論する前に、いくつかの分子の構造的な詳細を検討してみましょう。酸素分子を例にとってみます。単一の酸素原子は最外殻に電子が6つだけ存在します。一つの酸素原子が別の酸素原子と二重共有結合を形成し、酸素分子を作ります。酸素分子では、二つの原子核の中心間の距離は121ピコメートルです。しかし、分子の両端が等しく電荷を持っているため、永久的なまたは結果的な双極子モーメントはありません。分子内の原子間にネットチャージの移動はありません。同様に、水素や窒素などの分子を見ても、同じ理由でネット双極子モーメントはありません。次に、水分子の分子構造を考えてみましょう。
水分子は湾曲した構造を持っています。ここでは、酸素原子が二つの水素原子と共有結合を形成しています。水分子の酸素部分は微弱に負であり、水素部分は微弱に正です。これらの正負の部分は、酸素原子の中心から水素原子の中心に向かって二つの双極子モーメントを形成します。

これら二つの双極子モーメントの間の角度は105oです。これらの二つの双極子モーメントには合成があります。この合成双極子モーメントは、外部から何らかのフィールドが適用されない場合でも、各水分子に存在します。したがって、水分子には永久的な双極子モーメントがあります。二酸化窒素や同様のタイプの分子も同じ理由で永久的な双極子モーメントを持っています。

外部から電場が適用されると、永久的な双極子モーメントを持つ分子は適用された電場の方向に自身を向き合わせます。これは、外部電場が各分子の永久的な双極子モーメントに対してトルクを発生させるためです。適用された電場の軸に沿って永久的な双極子モーメントが向き合う過程は方向性極化と呼ばれます。

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