Dipólový moment

Dipólový moment (označovaný ako p alebo μ) je vektorová veličina opisujúca dipóly. Používa sa na opísanie rozdelenia elektrického náboja, obvykle v molekule alebo malej skupine atómov. V polárnych molekulách je rozloženie asymetrické, v nepolárnych molekulách majú náboje rozložené symetricky. Jednotka dipólového momentu v sústave SI je meter ampér sekunda (m·A·s). Staršia ale stále používaná jednotka je Debye, ktorý má hodnotu 1 D = 0,333 m A s.

Dipólový moment môže byť trvalý (permanentný), pokiaľ je v molekule prítomný stále, alebo prechodný, pokiaľ v molekule vzniká len v určitých podmienkach (vplyvom vonkajšieho elektrického poľa, počas excitácie alebo napríklad pri interakcii s iným dipólom).

Dipólový moment sa niekedy označuje ako elektrický dipólový moment, aby nedošlo k zámene s magnetickým dipólovým momentom.

Výpočet 
V najjednoduchšom prípade, kedy sú dva bodové náboje s opačným znamienkom +q a -q umiestnené vo vzdialenosti , je dipólový moment tejto dvojice nábojov rovný . Vektor  smeruje od záporného náboja ku kladnému a leží na spojnici bodových nábojov. V zložitejších molekulách je celkový dipólový moment súčtom dipólových momentov jednotlivých skupín. Čiastkový dipólový moment možno priradiť každej väzbe a celkový dipólový moment je daný ich súčtom.

Keď je elektrický náboj v priestore rozložený s hustotou  (kde  označuje polohový vektor) a celkový náboj je nulový, teda platí 

 , 

potom má dipólový moment hodnotu 

 .

Podľa hodnoty dipólového momentu sa v chémii rozlišujú polárne a nepolárne molekuly.

Význam 
Pomocou dipólového momentu sa určuje polarita molekuly. Na základe dipólového momentu je takisto možné usúdiť, ako je náboj v molekule rozložený, čo umožňuje opísať štruktúru látky a priestorové usporiadanie jednotlivých atómov.

Dvojatómové molekuly 
Pre dvojatómové molekuly je možné určiť napríklad charakter väzby. Podľa známej dĺžky väzby je možné spočítať teoretický dipólový moment pre iónovú zlúčeninu (napr. teoretickú zlúčeninu H+–A-) a porovnaním so skutočným dipólovým momentom možno zistiť ako veľmi kovalentná táto väzba skutočne je. Teoretický dipólový moment HCl by bol 6,15 D v prípade iónovej väzby (H+–Cl-), skutočný dipólový moment je však len 1,03 D. Pomer týchto čísel (1,03/6,15 = 0,17) umožňuje spočítať, že väzba je z 83 % kovalentná.

Trojatómové a viacatómové molekuly 

Ak má molekula tri atómy usporiadané lineárne (napr. CO2), dipólové momenty sa vzájomne vyrušia a celkový dipólový moment je nulový. Naopak, ak má molekula lomený tvar, je celkový dipólový moment nenulový. Tým je možné určiť približný tvar molekuly. Podobné závery platia i pre molekuly s väčším počtom atómov - SO3 má nulový dipólový moment, čo naznačuje planárne usporiadanie; NH3 má nenulový dipólový moment, takže má pyramidálne usporiadanie.

Voľné elektrónové páry majú takisto vlastný dipólový moment, čo môže niekedy spôsobovať komplikácie pri určovaní štruktúry len na základe dipólového momentu. V molekule NH3 má tento dipólový moment rovnaký smer ako dipóly N–H, takže dochádza k skladaniu dipólových momentov. Oproti tomu molekula NF3, ktorá má pyramidálnu štruktúru, má takmer nulový dipólový momente, pretože dipólový moment voľného elektrónového páru má opačný smer ako momenty N–F, takže dochádza k vzájomnému vyrušeniu. Preto je nutné využívať viac rôznych metód na vytvorenie záverov o štruktúre.

Infračervená spektroskopia 

Dipólový moment je veľmi dôležitý v infračervenej spektroskopii. Pri absorpcii žiarenia musí aspoň prechodne vznikať dipólový moment, aby bolo možné túto absorpciu pozorovať v spektre. Miera zmeny dipólu potom hovorí, ako veľmi sa zmenilo rozloženie náboja v molekule počas absorpcie žiarenia (prechodu medzi rôznymi energetickými stavmi). Rotačné spektrá existujú len pre molekuly, ktoré majú permanentný dipólový moment.

Referencie 

Fyzikálna chémia
Elektromagnetizmus