分子的极性考虑的是孤立分子中电荷的分布情况,如果把分子置于外电场中,则其电荷分布将发生变化。如图4-27所示,将一非极性分子置于电容器的两个极板之间,分子中带正电荷的原子核被吸引向负电极,而电子云被吸引向正电极,其结果是,电子云与核发生相对位移,分子发生形变(这一过程称作分子的变形极化),分子中原本重合的正、负电荷中心分离,分子出现偶极,这种偶极称为诱导偶极(μ诱导)。
诱导偶极的大小与电场强度E成正比:μ=α·E。电场越强,分子的变形越显著,诱导偶极越大。比例系数a,称为分子的诱导极化率,简称极化率,可由实验测定,反映了分子在外电场作用下变形性大小。a越大,ル诱导越大,分子的变形性越大。一些物质分子的极化率见表4-12。由表4-12可以看出,分子越大,包含的电子越多,分子的极化率越大,分子的变形性越大。
表4-12 一些物质分子的极化率
分子 | 极化率/C·m2·V-1 |
He | 0.227×10-40 |
Ne | 0.437×10-40 |
Ar | 1.81×10-40 |
Kr | 2.73×10-40 |
Xe | 4.45×10-40 |
H2 | 0.892×10-40 |
O2 | 1.74×10-40 |
Cl2 | 5.01×10-40 |
Br2 | 7.15×10-40 |
HCl | 2.85×10-40 |
HBr | 3.86×10-40 |
HI | 5.78×10-40 |
H2O | 1.61×10-40 |
H2S | 4.05×10-40 |
CO | 2.14×10-40 |
CO2 | 2.87×10-40 |
CH4 | 3.00×10-40 |
C2H6 | 4.81×10-40 |
对于极性分子来说,本身就存在着偶极,这种偶极称为固有偶极或永久偶极。在外电场的作用下,极性分子正极一端将转向负电极,负极一端转向正电极,见图4-28,这一过程称作分子的定向极化。而且在外电场的进一步作用下,产生诱导偶极,分子的偶极为固有偶极和诱导偶极之和,分子的极性增强。
极化作用不仅仅在外电场的作用下可以发生,分子与分子之间也可以发生。一个极性分子相当于一个微电场,可以使其他分子极化变形。因此,极性分子与极性分子之间,极性分子与非极性分子之间都存在着极化作用。