無極分子無極分子之間的色散力

組成物質(zhì)的分子可分為有極分子和無極分子。有極分子中，正負(fù)電荷的“中心”不集中在一點，因此形成一對距離很近的等值異號電荷所構(gòu)成的等效電偶極子，其固有的電偶極矩為p=ql，電偶極子所產(chǎn)生的電場完全由它們的電偶極矩p決定。電偶極子在外電場中所受到的作用力也決定于它的電偶極矩。無極分子中，正負(fù)電荷的“中心”集中在一點，因此，分子的電偶極矩為零，對外也不產(chǎn)生電場。在有外電場的情況下，無論是有極分子或是無極分子，都會產(chǎn)生電極化現(xiàn)象，并存在電偶極矩之間的相互作用力。

對無極分子及惰性氣體而言，原子結(jié)晶體的結(jié)合力為共價鍵，共價鍵是決定物質(zhì)分子化學(xué)性質(zhì)的主要因素。分子晶體的結(jié)合力是范德瓦耳斯力，對無極分子來說就是色散力，按照倫敦提出的范德瓦耳斯力的量子理論，無極分子的電子云分布是球形對稱的，固有電矩為零。因此，它們之間的相互作用能亦為零。這徉無極分子之間似乎就不存在什么作用，但實際不然，例如室溫下漠是液體，碘、蔡是固體，H₂、0₂、N₂等無極分子在低溫下也會被液化或固化，這些物質(zhì)能維持某種聚集狀態(tài)，說明無極分子之間存在著一種相互作用力，這種力就是色散力。

雖然無極分子電子云是球形對稱分布，不顯示出固有電矩，這不過表示在原子核外的四周出現(xiàn)電子的概率相等，即在某段時間內(nèi),電偶極矩的統(tǒng)計平均值等于零。但由于每個分子中的電子不斷運動和原子核的不斷振動，經(jīng)常發(fā)生電子云和原子核之間的瞬時相對位移，使分子的正、負(fù)電荷“中心”暫時不重合，產(chǎn)生瞬時偶極矩，而且兩個瞬時偶極矩必然是采取異極相鄰的狀態(tài)，這些瞬時偶極矩可以相互作用，相互極化而產(chǎn)生吸引力，這種吸引力如果用帶電粒子的線諧振子代表瞬時偶極矩,用量子力學(xué)可以證明：

1)兩振子無相互作用時，即當(dāng)兩個諧振子平衡點(正電荷所處位置)之間的距離

2)兩振子有相互作用時，系統(tǒng)的能量為

比較1)、2)式可以看出，兩振子相互作用后,能量降低了，降低的數(shù)值為：

其中a為極化系數(shù),，h為普朗克常數(shù)，v₀為振子的振動頻率。兩振子才能相互作用，表現(xiàn)出它們之間的吸引力。因為它與v₀有關(guān)，故稱為色散力。無極性物質(zhì)分子之間正是由于色散力的作用才能凝聚為液體，凝固為固體。因此，色散力是決定無極性分子物質(zhì)物理性質(zhì)的主要因素。

從上面分析中知道，無論在哪種情況下，由于無極分子瞬時偶極矩的產(chǎn)生，它所具有的電勢能、排斥能都大于吸引能按照能量最小原理，即原子中每一個電子都有一個趨勢，占據(jù)能量最低的能級，當(dāng)原子中電子的能量最小時，整個原子的能量最低，原子即處于穩(wěn)定狀態(tài)。因為能量最小原理具有普遍意義，當(dāng)原子與原子、離子與離子、分子與分子結(jié)合時，同樣遵循這一原理，所以，分子具有的吸引能(W)的概率大于它所具有的排斥能的概率。正因為無極分子之間具有最小的吸引能，即最小結(jié)合能，所以無極分子可以結(jié)合成分子晶體。

無極分子無極分子的位移極化

加上外電場后，在電場力作用下電介質(zhì)分子的正負(fù)電荷中心不再重合，形成一個電偶極子，它們的等效電偶極矩P的方向都沿著電場的方向。

電介質(zhì)的兩個和外電場強(qiáng)度 相垂直的表面層里，將分別出現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷。這些電荷不能離開介質(zhì)，也不能在電介質(zhì)中自由移動，我們稱之為極化電荷。這種在外電場作用下，在電介質(zhì)中出現(xiàn)極化電荷的現(xiàn)象叫做電介質(zhì)的極化。

由于無極分子的極化在于正、負(fù)電荷中心的相對位移，所以常叫做位移極化。

無極分子有極分子的取向極化

無外電場時，有極分子電偶極矩取向不同，整個介質(zhì)不帶電。

在外電場中有極分子的固有電矩要受到一個力矩作用，電矩方向轉(zhuǎn)向和外電場方向趨于一致。

有極分子的極化就是等效電偶極子轉(zhuǎn)向外電場的方向，所以叫做取向極化。

一般來說，分子在取向極化的同時還會產(chǎn)生位移極化，但是，對于有極分子電介質(zhì)來說，在靜電場作用下，取向極化的效應(yīng)比位移極化的效應(yīng)強(qiáng)得多，所以有極分子的極化機(jī)理是取向極化。

上面從分子的結(jié)構(gòu)出發(fā)，說明了兩類不同的電介質(zhì)的極化過程，這兩類電介質(zhì)極化的微觀過程雖然不同，但宏觀的效果卻是相同的，都是在電介質(zhì)的兩個相對表面上出現(xiàn)了異號的極化電荷，在電介質(zhì)內(nèi)部有沿電場方向的電偶極矩。

有極分子：分子的正負(fù)電荷中心在無電場時不重合的，有固定的電偶極矩， 如H₂O、HCl、 CO、SO₂、環(huán)氧樹脂、陶瓷等。

有極分子的等效電偶極矩：

整個電介質(zhì)可以看成是無數(shù)的點偶極子的聚集體。雖然每個分子的等效點偶極矩不為零，但不管從電介質(zhì)整體來看，還是從電解質(zhì)的某一小體積來看，電解質(zhì)是呈中性的。

無極分子：分子的正電荷中心與負(fù)電荷中心重合。

無極分子的等效電偶極矩：

無極分子電介質(zhì)整體也是呈中性的。

無極分子定義

所謂電介質(zhì)，就是通常所說的由大量電中性的分子組成的絕緣體。

在靜電場中平衡時：

1.內(nèi)部電場強(qiáng)度不為零；

2.電介質(zhì)表面出現(xiàn)極化電荷。

電介質(zhì)出現(xiàn)極化電荷的現(xiàn)象，稱為電介質(zhì)極化。

若把電介質(zhì)放入靜電場中，電介質(zhì)原子中的電子和原子核在電場力的作用下，在原子范圍內(nèi)作微觀的相對位移。在外電場中電介質(zhì)要受到電場的影響，同時也影響外電場。

無極分子分類

電介質(zhì)可分為無極分子和有極分子。

分子的正負(fù)電荷中心在無電場時是重合的，沒有固定的電偶極矩， 如氫氣（H₂）、高氯酸（HCl₄），二氧化碳（CO₂），氮氣（N₂），氧氣（O₂）、甲烷（CH₄）、聚丙乙烯、石蠟等。

根據(jù)電介質(zhì)中束縛電荷的分布特征，可將組成電介質(zhì)的分子分為無極分子和有極分子兩類。無極分子是指電介質(zhì)內(nèi)部的束縛電荷分布對稱．正電荷與負(fù)電荷的中心重合，對外產(chǎn)生的合成電場為0，對外不顯電特性的分子；有極分子是指其內(nèi)部束縛電荷分布不對稱，正電荷與負(fù)電荷的中心不重合，本身構(gòu)成一個電偶極矩(簡稱電矩)的分子，或稱為電偶極子。

無外加電場時，無極分子電介質(zhì)中的分子沒有電矩。有外加電場時，每個無極分子在外電場作用下使得正、負(fù)電荷的中心被拉開微小的距離，電荷的中心產(chǎn)生位移，形成了一個電偶極子。產(chǎn)生一個電矩，電矩的方向與外電場的方向平行。外電場越強(qiáng)，分子中電荷的中心位移越大．電介質(zhì)中分子電矩的矢量和也越大。無極分子電介質(zhì)的這種特性稱為位移極化。

無外加電場時，有極分子電介質(zhì)中的分子具有一個固有電矩。但是由于電介質(zhì)內(nèi)部分子的無規(guī)則熱運動，使得每個具有電矩的極性分子分布無規(guī)則，因此電介質(zhì)中所有分子電矩的矢量和為0，對外產(chǎn)生的合成電場為0，對外也不顯電特性。有外加電場時．每個有極分子的電矩都受到一個外電場力矩作用．使得有極分子的電矩在一定程度上轉(zhuǎn)向外電場方向．最終使得電介質(zhì)中分子電矩的矢量和不等于0。外電場越強(qiáng)，分子電矩排列越整齊，電介質(zhì)中分子電矩的矢量和也越大。有極分子電介質(zhì)的這種特性稱為取向極化。外加電場作用下．電介質(zhì)中無極分子的束縛電荷發(fā)生位移產(chǎn)生的位移極化，以及有極分子的固有電矩的取向趨于電場方向而產(chǎn)生的取向極化統(tǒng)稱為電介質(zhì)的極化。

電介質(zhì)的極化使得電介質(zhì)內(nèi)分子的正負(fù)電荷發(fā)生位移或取向變化，電介質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)許多按外電場方向排列的電偶極子，這些電偶極子改變了整個電介質(zhì)原來的電場分布。在電介質(zhì)內(nèi)部可能出現(xiàn)凈余的電荷分布，同時在電介質(zhì)的表面上有電荷分布，這種電介質(zhì)表面上的電荷稱為極化電荷。極化電荷與導(dǎo)體中的自由電荷不同，不能自由移動，因此也稱為束縛電荷。但是極化電荷也是電荷，它與自由電荷一樣是產(chǎn)生電場的源，極化電荷對原電場有影響，會引起整個電介質(zhì)電場的變化。