Dipol
En electromagnetisme, hi ha dos tipos de dipols:
- Un dipol elèctric s'ocupa de la separació de les càrregues positives i negatives que es troben en qualsevol sistema electromagnètic. Un eixemple simple d'este sistema és un parell de càrregues elèctriques d'igual magnitut pero de signe opost separades per una distància típicament menuda. (Un dipol elèctric permanent es diu electreto)
- Un dipol magnètic és la circulació tancada d'un sistema de corrent elèctrica. Un eixemple simple és un sol bucle de cable en corrent constant a través d'ell. Un iman de barra és un eixemple d'un iman en un moment dipolar magnètic permanent.[1][2]
Els dipols, ya siguen elèctrics o magnètics, poden caracterisar-se pel seu moment dipolar, una cantitat vectorial. Per al dipol elèctric simple, el moment del dipol elèctric apunta des de la càrrega negativa cap a la càrrega positiva, i té una magnitut igual a la força de cada càrrega multiplicada per la separació entre les càrregues. (Per a ser precisos: per a la definició del moment dipolar, sempre es deu considerar el "llímit dipolar", a on, per eixemple, la distància de les càrregues generadores deu convergir a 0 mentres que simultàneament, la força de la càrrega deu divergir fins a l'infinit en tal una forma en que el producte permaneix com una constant positiva).
Per al bucle de corrent magnètic (dipol), el moment del dipol magnètic apunta a través del bucle (d'acort en la regla d'agarre de la mà dreta), en una magnitut igual a la corrent en el bucle multiplicada per l'àrea del bucle.
De manera similar als bucles de corrent magnètica, la partícula d'electrons i algunes atres partícules fonamentals tenen moments dipolares magnètics, ya que un electró genera un camp magnètic idèntic al generat per un bucle de corrent molt menut. No obstant, el moment dipolar magnètic d'un electró no es deu a un bucle de corrent, sino a una propietat intrínseca de l'electró.[3] L'electró també pot tindre un moment dipolar elèctric, encara que encara no s'ha observat (vore moment dipolar elèctric de l'electró).
Un iman permanent, com un iman de barra, deu el seu magnetisme al moment dipolar magnètic intrínsec de l'electró. Els dos extrems d'una barra magnètica es denominen pols, que no deuen confondre's en monopols, i poden etiquetar-se com "nort" i "sur". En térmens del camp magnètic de la Terra, són respectivament pols "que busquen el nort" i "que busquen el sur": si l'iman estiguera suspés lliurement en el camp magnètic de la Terra, el pol que busca el nort apuntaria cap al nort i el pol que busca el sur apuntaria cap al sur. El moment dipolar de la barra magnètica apunta des de la seua sur magnètic al seu pol nort magnètic. En una brúixola magnètica, el pol nort d'un iman de barra apunta al nort. No obstant, això significa que el pol nort geomagnètic de la Terra és el pol sur del seu moment dipolar i viceversa.
Els únics mecanismes coneguts per a la creació de dipols magnètics són els bucles de corrent o l'espin mecànic quàntic, ya que l'existència de monopols magnètics mai s'ha demostrat experimentalment.
El terme prové del grec δίς (dis), "dos voltes"[4] i πόλος (pols), "eix".[5][6]
Classificació
[editar | editar còdic]
Un dipol físic consta de dos càrregues puntuals iguals i opostes: en el sentit lliteral, dos pols. El seu camp a grans distàncies (és dir, distàncies grans en comparació a la separació dels pols) depén casi per complet del moment dipolar definit anteriorment. Un dipol puntual (elèctric) és el llímit que s'obté deixant que la separació tendixca a 0 mentres es manté fix el moment dipolar. El camp d'un dipol puntual té una forma particularment simple, i el terme d'orde 1 en l'expansió multipolar és precisament el camp dipol puntual.
Encara que no es coneixen monopols magnètics en la naturalea, existixen dipols magnètics en forma d'espin mecànic quàntic associat en partícules com els electrons (encara que la descripció precisa de tals efectes queda fòra de l'electromagnetisme clàssic). Un dipol de punt magnètic teòric té un camp magnètic d'exactament la mateixa forma que el camp elèctric d'un dipol de punt elèctric. Un bucle portador de corrent molt chicotet és aproximadament un dipol de punt magnètic; el moment dipolar magnètic de dit bucle és el producte de la corrent que fluïx en el bucle i l'àrea (vectorial) del bucle.
Qualsevol configuració de càrregues o corrents té un 'moment dipolar', que descriu el dipol el camp del qual és la millor aproximació, a grans distàncies, al de la configuració donada. Est és simplement un terme en l'expansió multipolar quan la càrrega total ("moment monopol") és 0, com sempre ocorre en el cas magnètic, ya que no hi ha monopols magnètics. El terme dipol és el dominant a grans distàncies: el seu camp cau en proporció a Plantilla:Sfrac, en comparació a Plantilla:Sfrac per al següent terme (cuadrupolo) i potències superiors de Plantilla:Sfrac per a térmens més alts, o Plantilla:Sfrac per al terme monopol.
Dipols moleculars
[editar | editar còdic]Moltes molècules tenen tals moments dipolares per distribucions no uniformes de càrregues positives i negatives en els diversos àtoms. Tal és el cas de composts polars com el fluorur d'hidrogen (HF), a on la densitat d'electrons es compartix de manera desigual entre els àtoms. Per lo tant, el dipol d'una molècula és un dipol elèctric en un camp elèctric inherent que no deu confondre's en un dipol magnètic que genera un camp magnètic.
El químic físic Peter J. W. Debye va ser el primer científic en estudiar extensament els dipols moleculars i, com a conseqüència, els moments dipolares es medixen en unitats anomenades debye en el seu honor.
Per a les molècules hi ha tres tipos de dipols:
- Dipols permanents
- Estos ocorren quan dos àtoms en una molècula tenen una electronegatividad substancialment diferent: un àtom atrau electrons més que un atre, tornant-se més negatiu, mentres que l'atre àtom es torna més positiu. Una molècula en un moment dipolar permanent es diu molècula polar. Vore atraccions dipol-dipol.
- Dipols instantàneus
- Estos ocorren per l'encert quan els electrons estan més concentrats en un lloc que en un atre en una molècula, creant un dipol temporal. Estos dipols són de menor magnitut que els dipols permanents, pero encara juguen un paper important en la química i la bioquímica per la seua prevalença. Vore dipol instantàneu.
- Dipols induïts
- Estos poden ocórrer quan una molècula en un dipol permanent repelix els electrons d'una atra molècula, induint un moment dipolar en eixa molècula. Una molècula està polarisada quan du un dipol induït. Vore atracció de dipol induït.
De manera més general, un dipol induït de qualsevol distribució de càrrega polarisable ρ (recorde que una molècula té una distribució de càrrega) és causat per un camp elèctric extern a ρ. Este camp pot, per eixemple, originar-se a partir d'un ion o molècula polar en les proximitats de ρ o pot ser macroscòpic (per eixemple, una molècula entre les plaques d'un condensador carregat). El tamany del moment dipolar induït és igual al producte de la força del camp extern i la polarizabilidad del dipol de ρ.
Els valors del moment dipolar es poden obtindre a partir de la medició de la constant dielèctrica. Alguns valors típics de la fase gaseosa en unitats debye són:[7]
- diòxit de carbono: 0
- monòxit de carbono: 0,112 D
- ozon: 0.53 D
- fosgeno: 1,17 D
- vapor d'aigua: 1,85 D
- cianur d'hidrogen: 2,98 D
- cianamida: 4.27 D
- bromur de potassi: 10,41 D
El bromur de potassi (KBr) té un dels moments dipolares més alts perque és un compost iònic que existix com a molècula en la fase gaseosa.
El moment dipolar general d'una molècula es pot aproximar com una suma vectorial de moments dipolares d'enllace. Com suma vectorial, depén de l'orientació relativa dels enllaços, de modo que a partir del moment dipolar es pot deduir informació sobre la geometria molecular.
Per eixemple, el dipol zero de CO2 implica que els dos moments dipolares de l'enllaç C = O es cancelen, per lo que la molècula deu ser llineal. Per a l'H2O, els moments d'enllaç O − H no es cancelen perque la molècula està doblada. Per a l'ozon (O3), que també és una molècula doblada, els moments dipolares d'enllaç no són zero encara que els enllaços O − O es troben entre àtoms similars. Açò concorda en les estructures de Lewis per a les formes de resonància de l'ozon que mostren una càrrega positiva en l'àtom d'oxigen central.
Un eixemple en química orgànica del paper de la geometria en la determinació del moment dipolar són els isòmers cis i trans del 1,2-dicloroeteno. En l'isòmer cis, els dos enllaços polars C − Cl estan en el mateix costat del doble enllaç C = C i el moment dipolar molecular és 1.90 D. En l'isòmer trans, el moment dipolar és zero perque els dos enllaços C − Cl estan en costats oposts de C = C i es cancelen (i els dos moments d'enllaç per als enllaços C − H molt manco polars també es cancelen).
Un atre eixemple del paper de la geometria molecular és el trifluoruro de bor, que té tres enllaços polars en una diferència d'electronegatividad major que el llindar tradicionalment citat d'1,7 per al enllaç iònic. No obstant, per la distribució triangular equilátera dels ions de fluorur al voltant del centre del catión bor, la molècula en el seu conjunt no exhibix cap pol identificable: no es pot construir un pla que dividixca la molècula en una part neta negativa i una part neta positiva.
Vore també
[editar | editar còdic]- Densitat de polarisació
- Models de dipol magnètic
- Modele dipol del camp magnètic de la Terra
- Electret
- Dipol de l'Oceà Índic i Dipol de l'Oceà Índic subtropical, dos fenomens oceanogràfics
- Interacció dipol-dipol magnètic
- Moment magnètic de gir
- Monopol
- Harmònics sòlits
- Moments multipolares axials
- Moments multipolares cilíndrics
- Moments multipolares esfèrics
- Expansió de Laplace
- Sòlit molecular
- Moment magnètic # Camp magnètic intern d'un dipol
Notes
[editar | editar còdic]- ↑ Brau, Charles A. (2004). Modern Problems in Classical Electrodynamics, Oxford University Press. ISBN 0-19-514665-4.
- ↑ Griffiths, David J. (1999). Introduction to Electrodynamics, 3rd edició, Prentice Hall. ISBN 0-13-805326-X.
- ↑ Griffiths, David J. (1994). Introduction to Quàntum Mechanics, Prentice Hall. ISBN 978-0-13-124405-4.
- ↑ δίς, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus
- ↑ πόλος, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus
- ↑ Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «Citas».
- ↑ Weast, Robert C. (1984). CRC Handbook of Chemistry and Physics, 65th edició, CRC Press. ISBN 0-8493-0465-2.
Referències
[editar | editar còdic]
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Dipolo» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.