Allgemeine Grundlagen zu den Versuchen Molrefraktion ...

TU Clausthal Stand: 04.04.2005
Institut für Physikalische Chemie
Fortgeschrittenen-Praktikum 9. & 10. Dipolmoment & Molrefraktion Seite 4/15
Für Gase ist γ gleich Null und es folgt mit (4)
ε −1
M N L
α
= (9)
3 ρ 3ε
0
Der Ausdruck (8) bzw. (9) wird Molpolarisation P genannt. Es soll nun die Polarisierbarkeit
näher betrachtet werden hinsichtlich ihrer Ursachen. Man unterscheidet drei Arten der
Polarisierbarkeit: Elektronen-, Atom- und Orientierungspolarisierbarkeit. Die
Elektronenpolarisierbarkeit kommt dadurch zustande, dass im elektrischen Feld die
Elektronenhülle eines jeden Atoms gegen den Kern verschoben wird. Atompolarisierbarkeit
liegt dann vor, wenn in Molekülen Atome unterschiedliche Ladungen tragen, wodurch die
Atome als ganze gegeneinander verschoben werden. Am ausgeprägtesten ist dieser Effekt bei
Ionenkristallen. Elektronen- und Atompolarisierbarkeit werden zusammen als
Verschiebungspolarisierbarkeit bezeichnet. Orientierungspolarisierbarkeit liegt vor, wenn
Moleküle als ganzes permanente Dipole darstellen, die durch das elektrische Feld ausgerichtet
werden. Die Polarisierbarkeit α in Gl. (8) kann also aufgespalten werden:
α = αel + αat + αor
(10)
Im Gegensatz zur Verschiebungspolarisierbarkeit ist die Orientierungspolarisierbarkeit
temperaturabhängig, da die Wärmebewegung der Ausrichtung der Dipole im Feld entgegenwirkt.
Die Achse des permanten Dipols µ r bilde mit dem wirkenden Feld
Dann hat der Dipol die potentielle Energie
E r w
den Winkel β.
E
pot
r
=−µ
⋅
r
E
w
cos β ,
wenn man den Nullpunkt der potentiellen Energie beim Winkel β = 90° festsetzt. Nach
Boltzmann ist nun die Wahrscheinlichkeit W, dass im thermischen Gleichgewicht ein Dipol
den Winkel β zur Feldrichtung einnimmt, gegeben durch