Энергия молекулы во внешнем электрическом поле

Эффект Штарка связан с изменением уровней энергии атомов и молекул под воздействием внешнего электрического поля, обнаруживаемым сдвигом и расщеплением спектральных линий. Это изменение в спектрах молекулы может быть использовано для определения дипольного момента. [c.62]

Диэлектрики имеют очень низкую проводимость (о<10 Ом -см ), которая увеличивается с повышением температуры. Под действием внешнего электрического поля происходит поляризация диэлектриков, т. е. определенная ориентация молекул. Вследствие поляризации внутри диэлектрика возникает собственное электрическое поле, которое ослабляет воздействие внешнего поля. Количественной характеристикой ослабления воздействия внешнего поля служит диэлектрическая проницаемость, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия двух зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме. Вследствие поляризации в диэлектрике возникают диэлектрические потери, т. е. превращение электрической энергии в тепловую. При некотором высоком напряжении внешнего электрического поля диэлектрик теряет свои электроизоляционные свой- [c.361]

Упрощенное количественное описание слабо ионизированной плазмы осуществляется с помощью основного метода кинетической теории газов — метода двойных упругих соударений. Его основу составляет применение законов сохранения энергии и импульса к элементарным актам соударений. В отсутствие внешних электрических полей и в слабых электрических полях средние скорости движения ионов и длина их свободного пробега мало отличаются от аналогичных величин для нейтральных молекул. Для электронов эти величины существенно выше, чем для нейтральных частиц. В сильных электрических полях скорости движения ионов и длина свободного пробега существенно выше этих величин для нейтральных молекул. [c.249]

Диэлектрометрия, как метод исследования электронной структуры, динамики молекул и межмолекулярных взаимодействий в растворах и чистых жидкостях, основан на изучении процессов поляризации веществ под воздействием внешнего электрического поля. Своми корнями диэлектрометрия уходит в конец прошлого столетия к работам Фарадея, который обнаружил, что отношение емкостей заполненного и пустого конденсатора является постоянной характеристикой заполняющего конденсатор вещества, которая получила название диэлектрической проницаемости (е ), а само вещество - название диэлектрика. Примерно в то же время, изменяя диэлектрическую проницаемость в переменном электрическом поле, Друдэ обнаружил, что для ряда веществ в определенной области частот / переменного поля наблюдается зависимость е от/, получившая название "аномальной дисперсии" диэлектрической проницаемости. Как было показано позднее, дисперсия диэлектрической проницаемости обусловлена инерционностью процессов поляризации жидких диэлектриков и сопровождается потерей электрической энергии, выделяющейся в виде Джоулева тепла, или "диэлектрическими потерями". В качестве меры способности вещества поглощать электрическую энергию используют так называемый коэффициент диэлектрических потерь е". Непосредственно измеряемыми в диэлектрометрии являются макроскопические характеристики е и е" исследуемых жидкостей, которые отражают их способность поляризоваться или индуцировать в себе заряды под воздействием внешнего электрического поля. [c.141]

Электронной поляризацией называют возникновение дипольных моментов в результате смещения электронных орбит относительно положительно заряженных ядер под воздействием внешнего электрического поля (рис. 2.1). Электронная поляризация происходит в атомах или ионах всех материалов и, таким образом, независимо от возможного наличия в диэлектрике других видов поляризации, наблюдается во всех диэлектриках и практически не связана с потерями энергии. При скачкообразном увеличении напряженности поля процесс установления поляризации этого вида имеет колебательный характер с частотой, определяемой частотой собственных колебаний молекул. Поэтому часто электронную поляризацию называют упругой или резонансной. Время установления электронной поляризации порядка 10 . .. 10 с. [c.415]

Суть диэлектрического нагрева состоит в следующем. Под влиянием электрического поля имеющиеся в материале заряды, связанные межмолекулярными силами, ориентируются нли смещаются в направлении поля. Смещение связанных зарядов под действием внешнего электрического поля принято называть поляризацией. Переменное электрическое поле вызывает непрерывное перемещение зарядов молекул вслед за изменениями направлений электрического поля. Это перемещение молекул происходит с некоторым трением и нагревом материала. В диэлектриках имеется также небольшое количество свободных зарядов, которые создают ток проводимости, обусловливающий выделение дополнительной теплоты в материале. Различные материалы нагреваются не одинаково интенсивно, так как п зависимости от природы материала изменяется энергия, затрачиваемая на поляризацию данного диэлектрика и на создание тока проводимости. Зависимость активной мощности, выделяющейся и виде теплоты в теле, помещенном в электрическом поле, от параметров поля и электрических свойств материала, выражается уравнением [c.305]

Энергия молекулы во внешнем электрическом поле...... [c.265]

В рассмотренных в этом разделе химически различных, но сходных с точки зрения кинетики реакциях катализаторы понижали энергию активации на 5—6 ккал. Остается совершенно неясным, каким образом даже простое присутствие полярных молекул может влиять иа энергию активации. По-видимому, происходящий в процессе активации перенос энергии каким-то неизвестным для нас способом облегчается в присутствии внешних электрических полей. [c.320]

Способность молекул (и других химических частиц) к поляризации за счет смещения электронов и атомов под действием внешнего электрического поля определяется их поляризуемостью а. Она измеряется относительной деформацией частицы, отнесенной к единице напряжения поля. Тогда энергия взаимо- [c.91]

Упругое рассеяние а-частиц происходит при столкновениях с атомом в целом— его электронными оболочками или ядром. Энергия при этом обычно не теряется, а изменяется лишь на небольшой угол направление движения а-частицы, но в результате многократных упругих столкновений угол может достигать 90 и даже 180°. Неупругие столкновения, когда а-частицы воздействуют на внешние электроны атомов, молекул и электрическое поле а-частицы ускоряет их, приводят к ионизации вещества, возбуждению атомов и молекул, а в некоторых случаях и к диссоциации молекул, причем а-частицы теряют часть своей энергии. [c.298]

ЭНЕРГИЯ МОЛЕКУЛЫ ВО ВНЕШНЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ [c.60]

Единицей дипольного момента является дебай (Д) 1 Д = 3,33564X Кл-м (1-10 эл.-ст. ед.-см). Дипольный момент многоатомной молекулы приближенно равен векторной сумме дипольных моментов связей или атомных групп в молекуле с учетом валентных углов. Полярные и неполярные молекулы, попадая во внешнее статическое электрическое поле, создаваемое между заряженными обкладками конденсатора, ведут себя неодпнаково. Полярная молекула стремится ориентироваться в поле по направлению его линий так, чтобы центр тяжести положительных зарядов был направлен к отрицательному, а отрицательных — к положительному полюсу поля. Такое положение молекулы отвечает минимуму потенциальной энергии и наибольшей устойчивости. Неполярная молекула в электрическом поле не ориентируется. Под воздействием электрического поля центры тяжести зарядов молекул любого вещества смещаются друг относительно друга на некоторое расстояние. Смещение зарядов полярной молекулы несколько увеличивает постоянный дипольный момент и способствует превращению неполярной молекулы в электрический диполь с наведе[)ным (индуцированным) дипольным моментом Ципд- Принимают, что под действием не слишком больших полей индуцированный дипольный момент прямо пропорционален напряженности Е эффективного электрического поля внутри диэлектрика. Величина Е равна разности напряженности поля зарядов на обкладках конденсатора Eq и напряженности поля поверхностных зарядов индуцированных диполей , так как эти поля имеют противоположные направления. Величина р,ннд определяется уравнением [c.5]

Согласно формуле (21) во внешнем электрическом поле энергия растворенной молекулы зависит от ее ориентации по отношению к полю и, следовательно, статистическое распределение ориентаций растворенных молекул во внешнем электрическом поле должно быть, вообще говоря, анизотропным, хотя имеется единственное исключение — в случае, когда растворенная молекула вообще не имеет постоянного дипольного момента и если ее поляризуемость изотропна. Статистическое распределение ориентаций можно получить по статистике Максвелла — Больцмана согласно этой статистике для усредненной по статистическому ансамблю вероятности перехода П-х растворенной молекулы имеем [c.283]

Тлеющий разряд возникает при малых давлениях газа (единицы и десятые доли кПа) и значительных сопротивлениях во внешней цепи. Тлеющий разряд представляет собой совокупность нескольких значительно отличающихся светящихся и темных участков в газовом промежутке (рис. 111.59). Наибольшее падение напряжения наблюдается в зоне 2 (катодном темном пространстве), где имеет место увеличение кинетической энергии электронов за счет электрического поля. Электроны вылетают из катода в результате ударов положительных ионов и быстрых атомов о материал катода (вторичная ионно-электронная эмиссия). Движущиеся к аноду электроны, соударяясь с молекулами и атомами, возбуждают и ионизируют их. Переход из возбужденных состояний в нормальное сопровождается свечением. Тлеющий разряд используется в газосветных лампах, наполненных аргоном, неоном с добавками паров ртути. [c.251]

Энергия молекулы как системы электрических зарядов е, во внешнем электрическом поле может быть представлена суммой потенциальных энергий зарядов в этом поле [c.60]

Предположим, что бЬ(1)=бУ(г1), т. е. это — изменение потенциальной энергии отдельного электрона, принадлежащего данной системе и находящегося в точке Г1 оно является функцией только положения электрона. Такое изменение потенциальной энергии может происходить во многих случаях, например при наложении на систему внешнего электрического поля или при изменении положения ядер в молекуле. Интегрирование по спинам в выражении (4.7.3) легко провести [c.129]

При действии на атом внешнего электрического поля наблюдается эффект Штарка. В однородном поле, направленном вдоль оси Z, каждый уровень расщепляется таким образом, что компоненты с различными Mj имеют различные энергии. Взаимодействие такого поля с атомом (или молекулой) выражается через электрический диполь-ный момент. В случае атома динольный момент сам возникает благодаря полю, причем наведенный динольный момент связан с напряженностью поля через поляризуе- [c.170]

Электронное окружение квадрупольного ядра в молекуле, не обладающее сферической симметрией, создает неоднородное электрическое поле, которое характеризуется градиентом напряженности электрического поля на ядре (рис. IУ.2). Имеет место взаимодействие ядра, обладающего электрическим квадрупольный моментом eQ с градиентом поля ед. Энергия этого взаимодействия зависит от ориентации эллипсоидального квадрупольного ядра относительно системы главных осей тензора градиента электрического поля, а ее мерой является константа квадрупольного взаимодействия Аналогично тому как квантуется энергия вращающегося электрона в поле положительного ядра, квантуется и энергия квадрупольного взаимодействия. Иными словами, возможны различные квантованные ориентации ядерного квадрупольного момента и соответствующие квадруполь-ные уровни энергии. Эти уровни присущи данной молекулярной системе, т. е. являются ее свойством, в отличие от зеемановских уровней ядер и электронов в спектроскопии ЯМР и ЭПР, которые появляются при воздействии внешнего магнитного поля. Разности энергий, как и сами энергии квадрупольного взаимодействия, зависящие от электрического квадрупольного момента ядра eQ и градиента неоднородного электрического поля е , невелики, и переходы соответствуют радиочастотному диапазону 1(И, 10 Гц, Прямые [c.90]

Согласно [148, 149], энергия активации проводимости значительно превышает энергию активации диффузии малых молекул в полимерах и для полипропилена и полистирола достигает 145 и 126 кДж/моль соответственно. Такие высокие значения энергии активации проводимости обусловлены тем, что она является суммарной величиной, включающей в себя как энергию прыжка иона (соответствующую энергии активации диффузии молекул), так и энергию образования иона, которая обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости среды [150]. Предполагается [149], что ионная проводимость в основном определяется ионизацией под влиянием электрического поля величина энергетического барьера снижается и электропроводность возрастает за счет увеличения концентрации ионов, [151]. Таким образом, можно принять, что диссоциация электролитов в гидрофобных полимерах в отсутствие внешнего электрического поля представляется мало вероятной. [c.135]

Предполагается, что при возбуждении ион отрывается от молекулы. Для дальнейшего движения иона в диэлектрике ему необходимо преодолеть барьер Ш, который характеризует препятствия иону при расталкивании соседних молекул [3]. При наложении на диэлектрик внешнего электрического поля вероятность перемещения ионов в направлении данного поля с преодолением барьера возрастает, так как электрическое поле несколько увеличивает энергию иона. Расчет показывает, что подвижность иона [c.11]

Наличие этого постоянного дипольного момента, с одной стороны, противодействует достижению идеального полярного упорядочения за счет энергии диполь-дипольного взаимодействия, а с другой — наличие постоянного дипольного момента обеспечивает возникновение сил, необходимых для полярного упорядочения молекул во внешнем электрическом поле. [c.438]

Если не все молекулярные диполи воды могут поворачиваться во внешнем электрическом поле, то зато все они поворачиваются соответствующим образом под влиянием электрических полей, вызванных соседними молекулами воды как помним, подобные повороты лежат в основе тетраэдрической структуры воды и родственной структуры льда. Чрезвычайно интересно подсчитать ту потенциальную энергию, которая приходится на долю каждой молекулы, находящейся в таком внутреннем поле. Нетрудно видеть, что эта энергия должна быть численно равна работе, необходимой для разрывания межмолекулярных связей, а последняя, разумеется, может быть определена экспериментальным путем. [c.832]

Если перейти к молекуле, состоящей в общем случае из различных, атомов, то центры тяжести положительных и отрицательных зарядов при отсутствии поля не обязательно будут совпадать. Например, в молекуле хлористого водорода молекулы водорода и хлора связаны межлу собой гомеополярной связью и плотность электронного облака вблиз атома хлора значительно увеличена, так как электроотрицательность, хлора превышает электроотрицательность водорода. Благодаря этому центр тяжести отрицательных зарядов смещен в сторону хлора, а центр тяжести положитб льных — в сторону водорода. Отсюда вытекает, что молекула H I обладает постоянным дипольным моментом независимо от наличия внешнего электрического поля. В симметричных молекулах, типа Н2, I2 и т. г., в которых совпадают центры тяжести положительных и отрицательных зарядов, такое явление отсутствует. Таким образом, можно различать полярные вещества, молекулы которых имеют постоянные дипольные моменты (вода, ацетон, аммиак и др.), и неполярные, у которых молекулы не имеют постоянного дипольного момента. Поляризуемость под действием внещнего поля присуща Kaiv полярным, так и неполярным молекулам. Но полярное вещество, имеющее постоянный дипольный момент, в присутствии электрического поля не просто поляризуется в виде смещения электронной оболочки молекул (индуцируется), а молекулы его стремятся повернуться так, чтобы дипольный момент был направлен вдоль напряженности поля, т. е. занять состояние с наименьшей энергией. Поворот оси молекульь 78 [c.78]

Во внешнем однородном поле (< =сопз1) на молекулу, обладающую дипольным моментом, с одной стороны, действует пара сил, которая стрехмится повернуть ось диполя в направлении поля, так как на равные по значению положительные и отрицательные заряды действуют одинаковые силы в противоположных направлениях (рис. 1П.1). С другой стороны, внешнее поле смещает заряды противоположных знаков, т. е. поле поляризует молекулу. Поэтому энергия молекулы в электрическом поле определяется двумя составляющими — работой поворота молекулы и работой поляризации. [c.61]

Способность молекул (и других химических частиц) к поляризации за счет смещения электронов и атомов под воздействием внешнего электрического поля определяется их полязируемостью а. Она измеряется относительной деформацией частицы, отнесенной к единице напряжения поля. Тогда энергия взаимодействия ди-поль-индуцированный диполь, названного индукционным взаимодействием, может быть оценена как [c.117]

Рад вопросов, связанных с химическим равновесием, рассмотрен в [5771—5796]. Доказательство единственности решения уравнения закона действия масс было дано Я. Б. Зельдовичем 5773]. Им же совместно с Д. И. Поля1рным 5774] разработана методика тепловых расчетов применительно к высоким температурам на основании значений термодинамических функций отдельных атомов, молекул и радикалов. В серии статей А. В. Воронова [5776—5784] обсуждено влияние обратимого превращения на характер зависимости свойств системы от обобщенных сил [5777, 5778], рассмотрено совместное решение некоторых уравнений высшей степени, возникающих при расчете химических равновесий [5779, 5780], выявлены особые точки обратимых химических реакций 5781—5783] и проанализирован ряд других вопросов. Влияние природы, размеров и симметрии молекул на равновесие рассмотрено в [5786, 5787], а влияние внешнего электрического поля — в [5792, 5793]. В [5797—5804] развит спектрофотометричеокий метод исследования равновесия реакций образования кисло-, родных и галоидных соединений металлов и измерены энергии диссоциации и энергии связи ряда молекул (см. также [6374—6376]). [c.54]

Если молекула имеет высокую симметрию с одной или большим числом осей, то она может поворачиваться вокруг этих осей, переходя от одного минимума потенциальной энергии кристаллической решетки к другому. Это делает возможной ориентацию диполя молекулы в накладываемом внешнем электрическом поле. Молекула четыреххлористого углерода может, например, поворачиваться вокруг любой из четырех осей симметрии, в которых лежат связи С — С1, но поскольку дипольные моменты четырех связей С — С1 взаимно нейтрализуются и молекула неполярна, то это вращение мало влияет на диэлектрическую проницаемость. Однако в случае трет-бутилхлорида, три метильные группы которого по размерам и форме отличаются, хотя и очень мало, от атома хлора, вращение вокруг любой из трех связей С — С приводит к частичной переориентации диполя С — С1 в накладываемом внешнем поле. Действительно, в трепг-бутял-хлориде (рис. 3), бромиде и иодиде переориентация молекул происходит настолько свободно, что при понижении температуры диэлектрические проницаемости у них растут при затвердевании и в твердой фазе до тех пор, пока не происходит переход в безвращательное состояние. Точка самого низкотемпературного перехода на рис. 3 не показана. [c.637]

Существующие подходы к интерпретации электропроводности электролитов в основном касаются только чрезвычайно разбавленных растворов. В основе практически всех теоретических положений лежит одна и та же физическая картина, описываемая моделью Дебая - Хюккеля, а именно полная диссоциация молекул растворенного вещества на ионы и наличие вокруг каждого иона так называемой ионной атмосферы . Наличие ионной атмосферы является причиной возникновения потенциальной энергии, вызывающей отклонения от законов идеальных систем. Если раствор находится в неравновесном состоянии (например, на иего действует внешнее электрическое поле), то возникают силы, стремящиеся разрушить ионную атмосферу и в традиционных представлениях служащие причиной возникновения релаксационного и электрофоретического эффектов или электрических флуктуаций, которые называют соответственно эффектами Вина и Фалькенхагена. Эти эффекты должны являться причиной возникновения специфических электрохимических шумов. Однако обработка экспериментальных данных исследования нерегулярных сигналов электрохимических систем с исключенными фарадеевскими процессами (т. е. отсутствием электродных реакций [c.185]

При наложении на полярный полимер внешнего переменного электрического поля диполи непрерывно ориентируются в направлении внешнего поля, т. е. происходит их поляризация в направлении поля. Такая поляризация происходит с некоторым запаздыванием, связанным с преодолением межмолекулярных взаимодейсГвий. Энергия, затрачиваемая на преодоление внутреннего сопротивления при поляризации молекул в электрическом поле, преобразуется в тепловую энергию, вследствие чего температура полимера быстро повышается и он размягчается. На этом и основана высокочастотная сварка термопластов. [c.443]

Уменьшение потенциальной энергии системы, т. е. выигрыш в энергии, а значит, и сцепление подобных молекул происходит тогда, когда молекулы так ориентируются друг относительно друга, что положительный конец диполя одной молекулы сблил ается с отрицательным концом диполя другой. Так как одноименные полюса находятся друг от друга дальше, чем разноименные, то взаимное притяжение лишь частично компенсируется взаимным отталкиванием. В результате притяжение превалирует над отталкиванием притяжение тем сильнее, чем иолярнее молекулы. Полярная и неполярная молекулы вещества также могут притягиваться друг к другу вследствие индукционного взаимодействия. Неполярные молекулы под действием внешнего электрического поля соседних частиц (молекул, ионов) поляризуются. Поляризация молекул, возникновение индуцированного дипольного момента приводит к возникновению поляризационных сил притяжения. [c.169]

Более результативным является одноэлектронное приближение (аналогичное методу молекулярных орбиталей для молекул). В случае криЛаллов такая теория приводит к выводу, что атомные уровни энергии порождают в кристалле полосы (зоны) из очень близко расположенных один к другому энергетических уровней, отвечающих стационарным состояниям электронов в поле решетки. В частности, энергетические уровни валентных электронов (в атоме) порождают в кристалле так называемую валентную зону, которая в металлах заполнена только частично. Во внешнем электрическом поле некоторые из таких электронов легко переходят на близлежащие свободные уровни (этой же пблссы), чём объясняется высокая электропроводность металлов (которая особенно велика для щелочных и уменьшается при переходе к щелочкоземельныл и далее к редкоземельным металлам и элементам подгруппы хрома). Тем не менее нужно от- [c.98]

Предполагают, что дипольный механизм регуляции лежит в основе потенциалозависимости проводимости БЛМ, модифицированных грамицидином А. Согласно предположению Д. Урри, существует равновесие между проводящей и непроводящей конформациями молекулы грамицидина, причем проводящая т1 ,в Спираль имеет больший дипольный момент (см. 3 гл. XX). Различие дипольных моментов для двух конформаций, создаваемое одним витком спирали (шаг спирали 0,45 нм), составляет 15 10 ед. СГСЭ см, или 15D (1D = 10 Кл м). Различие дипольных моментов для трансмембранной структуры длиной 3 нм, способной образовать ионный канал, составит 100 10 ед. СГСЭ см, или 100D. Разность энергии диполей, соответствующих двум конформациям, во внешнем электрическом поле рассчитывают по формуле (см. рис. ХХШ.19) [c.189]

Стабильность бислойных мембран определяется вероятностью появления пор критического радиуса. Очевидно, что любой фактор, снижающий высоту энергетического барьера, будет увеличивать эту вероятность. К таким факторам следует отнести снижение краевой энергии поры у, рост поверхностного натяжения и рост мембранного потенциала. Как видно на рис. 2.14, рост пробойного напряжения до 1 В сопровождается смещением критического радиуса к значениям меньшим 0,5 нм, что близко радиусам природных ионных каналов клеточной мембраны. Отсюда следует, что электрический пробой сопровождается появлением широкого спектра липидных пор различного радиуса, включая радиусы ионоселективных белковых каналов. В настоящее время метод воздействия внешним электрическим полем является одним из основных в современной биотехнологии. Известно его применение с целью увеличения пористости мембран (электропорация), введения ДНК (электротрансфекция), освобождение клеток от крупных молекул (электропермеабилиза-ция), слияния клеток (электрослияние). [c.54]