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Methoden zur Beobachtung von Molekülschwingungen

Dipolmoment

Betrachten wir ein neutrales Molekül, das aus positiv geladenen Atomkernen und negativ geladenen Elektronen besteht. Bei homonuklearen Molekülen (wie N2 oder O2 ) fallen die Ladungsschwerpunkte der positiven und negativen Ladungen zusammen. Derselbe Sachverhalt ergibt sich, wenn symmetrische Moleküle (wie Kohlendioxid) betrachtet werden. Diese Moleküle besitzen kein permanentes Dipolmoment. Bei unsymmetrischen Molekülen (wie HBr) wird aufgrund der verschiedenen Elektronegativitäten der am Molekül beteiligten Atome das Atom mit der größeren Elektronegativität (in unserem Falle das Br) die Elektronen stärker anziehen. Die Ladungsschwerpunkte der positiven und negativen Ladungen fallen nicht mehr zusammen. Das Molekül besitzt ein permanentes Dipolmoment, das unabhängig von äußeren elektrischen Feldern existiert. Ein Dipol ist also ein Paar benachbarter Ladungen.

Das elektrische Dipolmoment μ ist das Produkt aus der Ladung q zweier Punktladungen vom gleichen Betrag, aber entgegengesetztem Vorzeichen und dem Vektor r , dessen Richtung vom negativen zum positiven Pol definiert ist:

μ = q r

Die Länge des Vektors r entspricht dem Abstand der beiden Punktladungen. Da das Dipolmoment eine vektorielle Größe ist, müssen für dessen vollständige Beschreibung Betrag und Richtung des Dipolmomentvektors angegeben werden. Da aber die experimentelle Bestimmung der Richtung schwierig ist, wird oft der Betrag des Dipolmomentes angegeben:

| μ | = q r mit r = | r |

Das elektrische Dipolmoment eines Moleküls setzt sich zusammen aus dem Beitrag der positiven Atomkerne und dem Beitrag der negativ geladenen Elektronen:

μ = μ + + μ -

Dabei können nur die Atomkerne als Punktladungen betrachtet werden. Der Beitrag der Elektronen muss quantenmechanisch berechnet werden.

Fassen wir also zusammen: Ein Dipol wird dann gebildet, wenn aufgrund der Molekülstruktur negativer und positiver Ladungsschwerpunkt nicht zusammenfallen. Diese Moleküle besitzen ein permanentes Dipolmoment, das unabhängig von äußeren elektrischen Feldern existiert.

Abb.1

Ein Molekül, das symmetrisch aufgebaut ist, besitzt kein permanentes Dipolmoment.

Abb.2
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