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電気双極子モーメントとは?

でんきそうきょくしもーめんと

電気双極子モーメントとは、正負の電荷が空間的に分離している度合いを表す物理量で、分子の極性や電場への応答を議論する際に使われます。

電気双極子モーメントとは、大きさが等しく符号が逆の2つの電荷(正電荷と負電荷)が一定の距離を隔てて存在するとき、その「電荷の偏り」の強さを表すベクトル量です。記号はよpまたはμ(ミュー)で表され、SI単位はクーロンメートル(C・m)ですが、分子科学ではデバイ(D)という単位も広く用いられます。

定義として、点電荷 +q と −q が距離 d だけ離れている場合、電気双極子モーメントの大きさは「q × d」で与えられます。方向は負電荷から正電荷へ向かうベクトルとして定義されるのが物理の慣例です(化学では逆向きに定義する場合もあります)。

分子レベルでは、原子間の電気陰性度の差によって電子密度が偏り、分子全体が双極子モーメントを持つことがあります。代表的な例として:

  • 水(H₂O):酸素原子側に電子が偏り、強い双極子モーメントを持つ
  • 二酸化炭素(CO₂):直線構造のため双極子が打ち消しあってゼロになる
  • アンモニア(NH₃):窒素原子側に電子が偏り、双極子モーメントを持つ

電気双極子モーメントは、分子の極性・溶解性・沸点・誘電率など多くの物理化学的性質と密接に関係しており、化学・物性物理・電磁気学の基礎として広く応用されます。

使い方・例文

「水分子は大きな電気双極子モーメントを持つため、他の極性分子と引き合いやすく、様々な物質をよく溶かす溶媒として働きます」のように、分子の性質を説明する際に登場します。

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