69
9.7 Диэлектрическая проницаемость воды.
Диэлектрическая проницаемость – это способность вещества противостоять
действию
постоянного
электрического
поля,
образованного
между
двумя
электродами. Диэлектрическая проницаемость определяется величиной разности
потенциалов между электродами, при которой возникает электрический пробой по
отношению к пробою в вакууме. Электрический пробой означает отрыв электрона от
молекулы, а точнее от атома в составе молекулы.
При
установлении
строения
атома
нами
были
проанализированы
спектроскопические экспериментальные данные, изложенные в монографиях [12, 18] и
дана интерпретация этих данных с позиций модели кристаллического строения атома. В
[12, 18] для установления распределения электронов в атомах записывались спектры
нейтральных атомов и спектры изоэлектронных рядов ионизированных атомов.
Изоэлектронным рядом называется ряд атомов с одинаковым числом электронов,
например: Н
0
, Не
+
, Li
2+
, B
4+
, C
5+
, N
6+
, O
7+
, F
8+
, Ne
9+
.
Рассмотрим пример, который будет нам необходим для объяснения величины
диэлектрической проницаемости воды и других жидкостей. Спектр нейтрального
атома N
0
сходен со спектрами ионов O
+
, F
2 +
, Ne
3 +
. Рассмотрим, что происходит с
атомом кислорода после удаления одного электрона. Опираясь на схемы таблиц 1-
4, можно заключить, что казалось бы, проще всего удалить электрон от одного из
валентных диполей атома О на уровне L. Однако при этом мы получаем
одновалентный атом, тогда как атом азота имеет три валентных диполя. Отсюда
следует, что при однократной ионизации атома кислорода отрыв электрона
происходит от одного из двух квадруполей. В результате ион О
+
имеет три
валентных диполя и один квадруполь, что соответствует строению атома N
0
.
Еще один пример. Спектр атома N
0
сходен со спектром иона F
2 +
. Атом фтора
имеет один валентный диполь и три квадруполя. Помня, как устроен атом азота
(табл. 1, 4), от атома фтора надо удалить два электрона, по одному из двух
квадруполей слоя L; получаем ион, имеющий один квадруполь и три валентных
диполя, т.е. все, как у атома азота.
Точно по такому же механизму происходит превращение атома Ne в ион Ne
3 +
,
который становится аналогом атома азота в распределении электронов по атому.
Из приведенного выше анализа следует, что действие постоянного
электрического поля на молекулу или атом в составе молекулы, проявится на
отделении одного из электронов, принадлежащих квадруполю атома; в результате
наступает электрический пробой.
Выше отмечалось в таблице 5, что квадруполь-квадрупольная связь
представляет собой тетраэдрическое образование из четырех протонов, между
которыми размещены четыре электрона. Несмотря на то, что энергия такой связи
меньше энергии диполь-дипольной валентной связи, тем не менее, ее геометрия
является весьма устойчивой как по отношению к растворяющему действию воды,
так и по отношению к действию электрического поля.
В таблице 11 приведены величины диэлектрической проницаемости воды и
некоторых жидкостей. Вода имеет весьма большую величину
Ɛ
=80,08. Чистые
углеводороды бензол и гексан имеют малые величины диэлектрической постоянной
Ɛ
=2,29 и
Ɛ
=1,8, соответственно. Ацетон, метиловый и этиловый спирт имеют
повышенные значения
Ɛ
. Наиболее высокую величину
Ɛ
имеют глицерин и серная
кислота. Из каких атомов состоят молекулы рассмотренных жидкостей? Вода, ацетон,
спирты и серная кислота имеют в своем составе атомы кислорода, обладающими
двумя квадруполями. Выше мы отмечали, что молекулы с атомами, которые имеют
квадруполи, могут взаимодействовать между собой по квадруполь-квадрупольному
механизму,
образуя
достаточно
прочные
связи,
устойчивые
к
действию
электрического поля. Из таблицы 11 видно, что чем больше атомов кислорода
содержит молекула, тем большей диэлектрической способностью она обладает. Так