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Titolo: momento dipolare

Qualcuno può gentilmente spiegarmi il concetto di momento dipolare in termini spiccioli,
quali sono le conseguenze del fatto di averlo diverso da zero e perchè?
grazie infinite
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 °Toccalenuvole° LinuxUser#341092 on MTS 1000 Tamata II
 Volevo il movimento, non un'esistenza quieta. Volevo
 l'emozione il pericolo, la possibilità di sacrificare
 qualcosa al mio amore. Avvertivo dentro di me una
 sovrabbondanza di energia che non trovava sfogo in
 una vita tranquilla.
			       Lev Tolstoj
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Il momento dipolare ci dà informazioni sulla distribuzione vettoriale
delle cariche in un dato sistema. Cioè, per una certa direzione ci
dice se le cariche sono sistemate in modo da "bilanciarsi" o se sono
sbilanciate. Se il momento di dipolo, per una data direzione, è uguale
a zero significa che le cariche sono bilanciate, quanto più è diverso
da zero tanto più le cariche sono sbilanciate.
Per esempio, consideriamo il sistema monodimensionale di cariche
puntiformi
(-q)--(+2q)--(-q)
dove i trattini tra le parentesi rappresentano un'unità di distanza.
Il momento di dipolo lungo l'asse in questo caso è nullo, le cariche
sono esattamente bilanciate.
Se invece prendiamo il sistema
(-q)--(+2q)----(-q)
il momento di dipolo elettrico lungo l'asse sarà diverso da zero: c'è
un eccesso di carica positiva nella zona di sinistra e un eccesso di
carica negativa nella zona di destra.
Quantitativamente si definisce la componente del momento di dipolo
lungo la direzione "i" nel modo seguente:
u(i) = somma_k{r_i(k)*q(k)}
dove r_i(k) è la componente lungo la direzione "i" della posizione
della carica q(k).
Se quindi prendiamo il primo caso e poniamo l'origine in
corrispondenza della carica +2q, il momento di dipolo lungo l'asse del
sistema sarà:
u = (-2)*(-1) + (0)*(+2) + (+2)*(-1) = 2 + 0 - 2 = 0
Nel secondo caso abbiamo invece
u = (-2)*(-1) + (0)*(+2) + (+4)*(-1) = 2 + 0 - 4 = -2
Prendiamo un altro sistema
(-q)--(-q)--(+3q)---(-q)
quanto sarà il momento di dipolo lungo l'asse del sistema?
Le molecole possono essere considerate sistemi costituiti da un
insieme di cariche puntiformi positive (i nuclei) immerse in
distribuzioni di carica negativa (la densità elettronica). Quindi la
definizione di componente del momento di dipolo elettrico muta di poco
rispetto a quella data prima, avendo a che fare con una funzione
continua, oltre alla sommatoria delle cariche puntiformi positive
camparirà un integrale per la densità elettronica:
u(i) = somma_k{r_i(k)*Ze(k)} - int{r*cos(theta)*e*p(r)dr}
dove "theta" è l'angolo tra il vettore posizione "r" e la direzione
"i", Ze(k) è la carica del nucleo k e "-e" la carica dell'elettrone.
Se quendi hai a dispozizione la geometria molecolare e la
corrispondente densità elettronica puoi calcolare la componente del
momento di dipolo lungo tutte le direzioni che vuoi.
Molte informazioni le puoi ottenere senza fare i calcoli grazie a
considerazioni sulla simmetria delle molecole.

 carica negativa nella zona di destra.
ok, e fino qua ci sono, però ora a parte le considerazioni che si possono fare sulle
interazioni elettrostatiche con altre molecole, ciò che non capisco è cosa si intende in
soldoni per distribuzione vettoriale delle cariche. Ossia cosa questa determina sulla
molecola in sè. Se si parla di momento io penso a un movimento,ebbene cos'è che si
dovrebbe muovere, in rapporto a cosa e perchè? Non so se riesco a spiegare ciò che non
capisco. Grazie molto per la disponibilità. Forse faccio confusione con il concetto di
momento di forze.



Per distribuzione vettoriale delle cariche si intende quello che ti ho
spiegato prima: preso un sistema e scelta una direzione, ad essa sarà
associata una componente del momento di dipolo che si può calcolare
con la formula che ti ho illustrato nel post precedente. La componente
del momento di dipolo lungo la tal direzione ci offre un'informazione
sintetica su come sono disposte le cariche lungo quella direzione.
Il momento di dipolo non "determina" nulla sulla molecola, stiamo
trattando un sistema statico. Il momento di dipolo è un'utile
grandezza che in un certo senso riassume in soli tre valori (le tre
componenti del vettore) una grande quantità di informazioni (la
completa distribuzione di carica del sistema). Una grandezza meccanica
che gli assomiglia è il momento di inerzia, che dice come è
distribuita la massa nel sistema.
Il momento di dipolo non ci dice tutto sulla distribuzione delle
cariche, ma estrae da essa l'informazione più rilevante.

 
In realta'  non fai confusione col momento delle forze ma col momento 
(lineare o angolare)  che si portano dietro una forte connotazione di 
movimento (in inglese si dice momentum (per la q. di moto)  e  angular 
momentum (per quello angolare). E  momentum etimologicamente deriva da 
mo(vi)mentum!. Attenzione pero'  che, anche se probabilmente con 
etimologia simile,  gli inglesi dicono "dipole moment" NON "dipole 
momentum".
Etimologia a parte,  e  con l'  eccezione del momento (lineare),  negli 
altri casi (m. angolare,  m. di una forza, m. di inerzia, m. di dipolo o 
di multipolo...) il momento e'  associato ad un qualche prodotto di una 
grandezza fisica per qualcosa connesso con una distanza.
Il momento di dipolo elettrico da'  un'  informazione parziale sulla 
distribuzione nello spazio di cariche elettriche. La sua definizione 
formale per un insieme di carichepuntiformi e':
somma_su_tutte_le_cariche  r_i q_i
dove le cariche di grandezza q_i  sono nelle posizioni definite dai 
vettori posizione r_i. La formula si pu'  estendere al caso di 
distribuzioni di carica continua integrando sullo spazio  il prodotto 
della densita'  di carica per il vetore posizione.
Da notare che, in generale, il m.  di dipolo dipende dall'  origine 
scelta per i vettori posizione.  Se pero'  il sistema e'  globalmente 
neutro (somma_i q_i =0)  allora si vede che il m. di dipolo non dipende 
dalla scelta dell'  origine.
A  che serve e come si puo'  interpretare fisicamente ?
La prima cosa che si puo'  dire guardando la definizione e'   che da' 
una misura della  non coincidenza tra `"centro medio"  delle cariche 
positive e di quelle negative.  Questo fatto  in se'  non sarebbe di 
grande utilita'  se non fosse che questa quantita'  interviene in modo 
cruciale a determinare
i) il potenziale elettrostatico generato a  grande distanza dalle  cariche;
ii) gli effetti sulle cariche che generano il dipolo di  campi esterni.
Prendiamo un esempio di interesse chimico:  una molecola polare (HF, 
NaCl,H2O,...). La MQ  dice come si distribuisce la carica elettronica. 
Per una data distribuzione di carica elettronica e  posizioni nucleari, 
  possiamo calcolare tutti i momenti della distribuzione di carica (non 
solo quello di ordine 1: il m.  di dipolo ma anche quello di ordine 0 
(la carica totale) e quelli di ordine maggione  (i cosiddetti momenti di 
multipolo).
Per quanto riguarda  i), si dimostra in elettrostatica che il potenziale 
elettrico  a  grande distanza dovuto a questa distribuzione di cariche 
si puo'  scrivere come una somma (infinita ) di contributi che vanno a 
zero con la distanza come potenze inverse (oltre ad una dipendenza dagli 
angoli, in generale). Il  piu'  a  lungo raggio e'  il termine dovuto 
alla carica totale che domina sugli altri se la molecola e'  ionizzata 
ma e' assente per molecole neutre.  Se la mol. e'  neutra e c'e' un m. 
di dipolo diverso da zero,  il campo elettrostatico asintotico e' 
invece controllato dal momento di dipolo.  In assenza di questo da 
quello di quadrupolo e  cosi'  via.
D'  altra parte (ii), se la molecola neutra  ha un momento di dipolo, un 
campo esterno costante non esercitera'  una forza netta ma solo un 
momento della forza (tendera'  ad allineare i dipolo col campo). Invece, 
  un campo variabile nello spazio (non uniforme) riuscira'  ad 
esercitare una forza netta.
Una possibile "interpretazione fisica"  del m.  di dipolo, a volte 
utile, e'  di vedere il m.  di dipolo generato da distribuzioni piu'  o 
meno complicate di cariche discrete e continue come dovuto ad  un 
sistema equivalente di due sole cariche di segno opposto,  messe a 
piccola distanza una dall'  altra. Il modulo del m. di dipolo viene ad 
essere il prodotto della distanza per una delle due cariche,  mentre 
direzione e verso dipendono dall'  orientazione nello spazio delle due 
cariche (va anche detto che sul verso a volte ci sono differenze di 
convenzione tra fisici e chimici :-(   ).
Giorgio

 una grandezza fisica per qualcosa connesso con una distanza.
Vorrei dire qualcosa proprio sull'etimologia...
E' molto probabile che il termine latino "momentum" in origine avesse
un significato legato al moto.
Pero' gia' nel latino classico questa parola ha piu' significati:
oltre a quello di movimento anche quello di "impulso, spinta" e poi
anche di "importanza, peso".
Questo ultimo significato sopravvive in italiano nell'espressione
"cosa di poco momento".
(N.B.: per quanto sopra mi sono servito di un dizionario, non e' mia
cultura infusa :-) )
Di certo nel linguaggio sciontifico del 500-600 (per es. in Galileo)
"momento" e' usato genericamente come il modo di valutare l'importanza
di una qualche causa o azione (per es. una forza, ma anche una
velocita').
Da qui credo nasca l'uso promiscuo che la parola ha acquistato in
fisica, in tutte le lingue europee, con le due dizioni "moment" oppure
"momentum".
Per cui il "momento" (q. di moto) e' cio' che conta negli urti, il
momento di una forza e' cio' che conta per es. in una leva, il momento
d'inerzia e' cio' che conta della distribuzione di massa agli effetti
del moto rotatorio...
E poi il discorso si estende al caso elettrico (quello che ha creato la
domanda): cio' che misura l'effetto di una distribuzione di cariche in
certe condizioni.
Solo che qui (come hai spiegato) occorre tener conto di piu' "momenti",
perche' a seconda dei casi conta la carica (momento di ordine zero)
oppure il momento di dipolo (momento di ordine 1) oppure il momento
di quadrupolo (momento di ordine 2) ecc.
 
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Elio Fabri