Umumiy tushunchalar Dielektriklarning elektr o‘tkazuvchanligi - bet 2

ɛa mutlaq o‘tkazuvchanlik bilan ham tavsiflanishi mumkin:
(32)
Hozirgi vaqtda dielektriklarni qutbli va qutbsizlarga bo‘lish umumiy qabul qilingan. Moddaning elektr xossalarini o‘rganish natijasida qanday natijalarga erishilishidan qat’iy nazar, ushbu moddaning molekulalarida ichki elektr momentining mavjudligi uning molekulalarining kimyoviy tuzilishiga qarab baholanishi mumkin. Aksincha, μ dipol momentini tajribada aniqlash uning molekulalarining tuzilishi haqida juda muhim xulosalar chiqarish imkonini beradi. Shubhasiz, nosimmetrik tarzda qurilgan molekulalar (simmetriya markazi mavjud bo‘lganda) qutbsizdir, chunki bu holda molekulaning musbat va manfiy zaryadlarining og‘irlik markazlari molekulaning simmetriya markaziga to‘g‘ri keladi va shuning uchun , bir-biri bilan. Bunday holda, molekula qurilgan alohida ionlarning zaryadining belgisi ham qiziqtirmasligi mumkin. Aksincha, assimetrik molekulalar qattiq dipollardir.
Monoatomik molekulalar (He, Ne, Ar, Kr, Xe) va bir-biriga kovalent (gomeopolyar ) bog‘ (H2, N2, Cl2 ) orqali bog‘langan ikkita bir xil atomdan iborat molekulalar va boshqalar, qutbsiz va bunday tipik ionning molekulalari (geteropolyar bog‘lanish) KI (6.10 – rasm, a) kabi birikmalar katta doimiy p=23∙10-30 kl∙m ga zaryadlangan iondan I– musbat zaryadlangan ion K+ aniq elektr momenti.
6.10 – rasm. Molekulalarning fazoviy tuzulishi: a) kaliy yod KI; b) karbonat angidrid CO2; c) suv H20 d) metan CH4
Ikki atomli molekulani tashkil etuvchi atomlarning elektromanfiyligi bir-biridan qanchalik ko‘p farq qilsa, ya’ni ularning umumiy elektron juftligi atomlardan biriga qanchalik siljigan bo‘lsa, bunday molekulaning elektr momenti shunchalik katta bo‘ladi. Masalan, galogenlarning elektron manfiyligi ftordan yodga ketma-ket kamayishi bilan galogen vodorod molekulalarining dipol momenti kamayadi:
moddasi _________ HF HC1 HBr HI
p 10-30 Kl∙m ______ 6,7 3,5 2,6 1,3
Shuni ta’kidlash kerakki, molekulaning qutbliligini uning tuzilishiga ko‘ra baholashda faqat a moddalarning kimyoviy formulasining shartli yozilishini emas, balki fazoda zaryadlarning haqiqiy joylashishini ham hisobga olish kerak. Shunday qilib, karbonat angidrid va suvning formulalari o‘xshash: CO2 va H2O, lekin aslida karbonat angidrid molekulasi simmetriya markaziga ega simmetrik tuzilishga ega (6.10 – rasm, b). Shuning uchun karbonat angidrid qutbsiz bo‘lib, suv molekulasi teng yonli uchburchak shakliga ega (6.10 – rasm, c ) va kislorod ioni yaqinida lokalizatsiya qilingan musbat zaryad va vodorod yaqinida ortiqcha manfiy zaryadga ega bo‘lgan dipoldir. Shuning uchun suv qutbli xususiyatlarni keskin ifoda etdi (suv molekulasi uchun p=6.1∙10-30).
Barcha uglevodorodlar qutbsiz yoki zaif qutbli moddalardir (p=0 yoki past). Ammo vodorod atomlari galogen atomlari F, C1, Br, I yoki –OH guruhlari bilan almashtirilsa, –NO2 boshqalar (Valden dielektroforlari), p>0 bo‘lgan assimetrik molekulalar hosil bo‘ladi.
Eng oddiy uglevodorod – metanni ko‘rib chiqaylik, uning CH4 molekulasi – tetraedr shaklida bo‘lib, uning markazida C atomi va uchlari bo‘ylab H atomlari joylashgan (6.10 – rasm, d) va vodorodni almashtirish mahsulotlari undagi xlor – metilxlorid CH3C1, ikkixloridli metilen CH2Cl2, xloroform CHCl3 va to‘rtxloridli uglerod (tetraform) CCl4. Shubhasiz, metan uchun p=0. CHCl3, CH2Cl2 va CHCl3 molekulalari assimetrikdir, ular uchun mos ravishda p=6,2∙10-30, 5,17∙10-30 va 3,8∙10-30 kl∙m, lekin CCl4 molekulasi yana simmetrik va p=0 ga ega.
Benzol C6H6 qutbsiz moddadir, lekin benzoldagi bitta vodorod atomi boshqa element yoki guruh bilan almashtirilsa, biz qutbli moddalarni olamiz:
monoxlorbenzol
|
C6H6CI
|
p= 5,17∙10-30 kl∙m;
|
monoiodbenzol
|
C6H5I
|
p= 4,3∙10-30 kl∙m;
|
fenol
|
C6N5 – OH
|
p= 5,2∙10-30 kl∙m;
|
anilin
|
C6H5 – NH2
|
p= 5,1∙10-30 kl∙m;
|
nitrobenzol
|
C6H6 – NO2
|
p=13,2∙10-30 kl∙m
|
Aseton CH3–CO–CH3 – CO guruhi mavjudligi sababli qutbli; uning uchun, p=9,7∙10-30. Yuqori p qiymatiga ega noorganik moddalarga misollar: alyuminiy yodid AlI3 (p=16,5∙10-30 kl∙m) va qalay xlorid SnCl4 (p=17,0∙10-30 kl/m).
Elektr izolyatsiyalash texnologiyasida qo‘llaniladigan organik materiallardan deyarli qutbsiz uglevodorod tarkibidagi moddalar poliyetilen – tuzilishga ega polimer:
shuningdek, parafin, seresin, poliizobutilen, polipropilen, polistirol, kauchuk, eskapon, neft elektr izolyatsion moylar va boshqalar.
Polivinilxlorid polimerlari juda qutbli:
polivinil spirti va uning hosilalari, sellyuloza va uning hosilalari, fenolformaldegid smolalari va boshqalar.
Politetrafloroyetilenning molekulyar tuzilishi (ftorlon – 4):
Poliyetilen molekulasining tuzilishiga o‘xshash bo‘lib, unda H atomlari to‘liq F atomlari bilan almashtiriladi. Molekulyar zanjirning har bir birligining simmetrik tuzilishi tufayli politetrafloroyetilen qutbsizdir. Ammo molekulalari poliyetilen molekulalariga o‘xshash, to‘rtta vodorod atomining har uchtasi F atomlari bilan almashtiriladigan politrifloroxloretilen (ftorlon-3) nesimmetrik tuzilishga ega va shuning uchun qutblidir.
Dielektriklarning yig‘ilish holati va tuzilishiga ko‘ra, qutblanishning quyidagi asosiy turlari ajratiladi: elektron, ionli, ion-relaksatsiya, dipol-relaksatsiya, migratsiya, o‘zo‘zidan. Amaldagi elektr maydoni ta’sirida induktsiya qilingan umumiy elektr zaryadi har xil turdagi qutblanishlar yig‘indisi bilan aniqlanadi. Bunday holda, bir vaqtning o‘zida bitta dielektrda bir nechta qutblanish mexanizmlarini kuzatish mumkin. Qutblanishning barcha mexanizmlariga ega bo‘lgan faraziy dielektrik ekvivalent sxema bilan ifodalanishi mumkin, unda har bir polarizatsiya mexanizmi kuchlanish manbai U bilan parallel ravishda ulangan C sig‘imiga to‘g‘ri keladi (6.11-rasm). Imkoniyat C0 va zaryad Q0 geometrik sig‘im va zaryadga mos keladi (elektrodlar orasida vakuum mavjud).
11 – rasm. Turli qutblanish mexanizmlariga ega murakkab dielektrikning ekvivalent sxemasi:
U - kuchlanish manbai; C0, Q0 - vakuumdagi sig‘im va zaryad; C va Q – elektron, ion, dipol-relaksatsiya, ion-relaksatsiya, elektron-relaksatsiya, strukturaviy, rezonans va spontan qutblanish sig‘imlari va zaryadlari tegishli indekslar bilan modellashtirilgan; r – bu qutblanish mexanizmlari bilan energiya isroflari bo‘yicha ekvivalent bo‘lgan mos keladigan qarshilik indekslari; Riz – dielektrik orqali o‘tadigan tokga izolyatsiya qarshiligi
|