偶极

一切都有两面，这是自古以来一直遵循的自然法则。

事实上，我们宇宙的诞生是由虚无分裂为物质和反物质而带来的。

这两种相反的能量形式是我们世界法则下存在的每一种物质的基础。

我们的星球，作为这些实体之一，也遵循这个对立的规律。

为什么会这样？那么，这些对立的一方的存在开始于一个令人难以置信的小尺度——分子水平。

构成物质的所有原子和分子都是偶极的。

什么是偶极子？几周前，我的两个非常要好的外国朋友正在就偶极子这个词的真正含义进行辩论。

比尔引用了韦氏大辞典的话，将偶极子定义为一对相等和相反的电荷，它们以非常小的距离分隔。

然而，山姆指出，磁体的两端通常被称为磁偶极，所以偶极子这个词实际上代表磁性物质。

那么谁是正确的？公平地说，他们两者都没有错。

偶极子是包含两个相等和相反电荷的物质（拥有电荷可被视为拥有一定量的能量）。

电荷可以是电、磁或任何其他类型。

在这种情况下，我们可以区分电偶极子和磁偶极子。

电偶极子和磁偶极子的区别是什么？电偶极子由一种物质形成，该物质具有两个相等的电荷，两电荷由小距离隔开，带电符合方向的相反。

电偶极子的最好例子是一个电子和一个质子（氢）的原子。

质子作为正电荷的来源，而电子则具有同等数量的负电荷。

图注：氢原子-一种简单的电偶极子磁偶极子与电偶极子非常相似，只不过它由磁电荷组成。

简单的棒磁铁是磁偶极子的最佳例子。

条形的一端构成北极，另一端为南极，一根均匀的棒磁铁两端的磁电荷量是相同的。

北极吸引南极，反之亦然。

图注：条形磁铁什么是偶极矩？偶极子矩是可测量的数量，就像质量、体积或速度一样，它是偶极物质被量化和区分的特征。

计算具有两个电荷的简单系统的偶极子矩的公式指出，偶极子矩是电荷量和分离相反电荷的距离的积。

更复杂的系统具有更复杂的公式，所有这些都来自基本公式。

图注：偶极矩测量例如，假设一个由两个相反的电荷组成的系统，每个电荷为 1 库仑，距离为 1 纳米。

这种系统的偶极矩是10^(-9)库仑米。

库仑米是适用于电偶极矩的SI单元。

然而，分子偶极子矩太小，无法用该单位进行有效测量。

因此，为了测量分子键的偶极子矩，使用一种称为 Debye (D) 的单位 (1D=3.33564×10^(-30 )Cμm）。

在原子水平上，由于电荷分布不均匀而产生偶极子。

假设一个原子的电子海围绕在固定轨道上的中央质子旋转，但顺序是随机的。

现在，随时暂停这种情况，选择一对质子和一个电子。

你看到什么了？ 偶极子是由一对同样和相反的带电的物种形成的。

类似地，其他偶极子数量等于原子中电子的数量，它们的偶极子矩将会合并产生一个物种的净偶极子矩。

永久偶极子和临时偶极子之间的区别是什么？由于分子内部两个原子之间的电子电率（对电子的相对吸引力）的差异，产生了永久偶极子。

让我们以氟化氢为例。

氟的电子性大于氢，因此，氟将所有电子拉向自身，成为负极。

反过来，氢有过量的质子，成为正极。

这种具有永久偶极子矩的分子被称为极性分子。

瞬时偶极子是临时偶极子。

在原子内部，电子以固定路径围绕原子核旋转，但其运动是随机的。

有时，这些电子更集中在一个特定的区域。

这就产生了瞬时或临时偶极子。

该机制与原子偶极子的形成所解释的相似。

这些偶极子的量小，只在很短的一段时间内相关。

然而，它们在许多分子现象中起着重要作用。

在氧气和二氧化碳等几种非极分子中所看到的伦敦力(色散力)就是最好的例子。

什么是四极杆？随着世界各地的研究人员发现越来越多的偶极子，他们面临着一个奇怪的模糊性——是偶极子的极限吗？他们的问题很快就得到了回答，发现了一个四极杆。

四极杆由四个不同的单极组成，它们具有相反的符号（每个符号有两个），大小相等，以完全对称分布来表示理想系统。

单极可以是电荷、磁极，甚至是简单的质量。

如前所述，质量是一个极性实体，质量或物质的对立面称为反物质。

图注：一个简单的电子四极杆为了更好地理解四极，让我们看一个例子。

考虑两个正电荷和两个负电荷。

将这些电荷以交替的方式排列在正方形的角落上。

最终结果与上图所示类似。

该系统的总净电荷为零，其偶极子矩也将为零，因为两个对立的偶极子相互抵消。

然而，无论粒子的方向如何，该系统的四极极矩都不可能降低到零。

这种现象的确切原因仍在世界各地研究！结论从我们迄今所了解到的偶极子中，有一点是很清楚的，它们原则上非常简单，工作同样复杂。

发生在我们周围的许多现象可以归因于原子和分子的偶极性质。

其中包括简单的事物，如水的流动性，以及诸如组织松弛之类的复杂的事物。

总之，虽然它们的功能在日常生活中可能并不明显，但偶极子对我们非常重要。