Что такое полярные и неполярные диэлектрики

В молекулах атомы могут соединяться полярной и неполярной ковалентной связью. На основании этого диэлектрики делятся на полярные и неполярные. Их отличие в том, что при отсутствии электрического поля первые обладают электрическим моментом, а вторые — нет. Поэтому неполярные вещества являются лучшими изоляторами, чем полярные.

Классификация диэлектриков

Диэлектрик — что это

Диэлектрик — это вещество, в котором совсем немного свободных электронов, а электроток, как известно, представляет собой направленное движение заряженных частиц. Именно благодаря тому, что в диэлектриках таких частиц мало, они плохо проводят электричество. Ввел термин британский ученый М. Фарадей. Примеры таких материалов:

• стекло;
• резина;
• дерево (сухое).

Что называют диэлектриками

Особенности неполярных веществ

Внутри молекул неполярных веществ центры тяжести частиц с плюсовым и минусовым зарядом совпадают, поэтому у молекул отсутствует собственный электрический момент. Из-за этого неполярные диэлектрики называют нейтральными. Когда они оказываются под влиянием электрополя, внутри молекул частицы, обладающие зарядом, начинают смещаться от своего первоначального положения равновесия. Благодаря этому процессу молекулы превращаются в диполи с моментами, пропорциональными напряженности внешнего электрополя, а сами диполи ориентируются параллельно полю.

Электрический диполь

К неполярным диэлектрикам относят полиэтилен, полистирол, электроизоляционные масла, а также такие газы, как метан, азот, углекислый газ и пр.

Следовательно, для неполярного диэлектрика характерны неполярные соединения. Можно также сказать, что в нем связи создаются между атомами с разной электроотрицательностью. Форма таких веществ симметрична. Именно симметрия делает субстанцию неполярной.

Разберем на примере углекислого газа. Его формула СО₂.

Строение молекулы углекислого газа

Все атомы в этой молекуле располагаются на одной прямой линии. То есть, это линейная молекула. Помимо того, она обладает двумя связями C-O. Углерод и кислород имеют разную электроотрицательность. Но, несмотря на это, CO₂ неполярное вещество. Причина кроется в том, что молекула линейная. В ней полярность всегда нулевая, следовательно, молекула неполярная.

Особенности полярных веществ

Молекулы полярных или дипольных диэлектриков имеют свой электрический момент. Причина заключается в их асимметричном строении. В полярных молекулах центры масс частиц с плюсовыми и минусовыми зарядами не совпадают.

Свойства диэлектриков

Если диэлектрик не находится под влиянием внешнего электрополя, оси его диполей ориентированы хаотично. При этом электрический заряд на поверхности диэлектрического вещества нулевой. Когда полярное вещество попадает в зону действия электрополя, диполи начинают ориентироваться в определенном порядке. На поверхности вещества скапливаются макроскопические связанные заряды, способствующие образованию поля, направление которого противоположно внешнему полю.

Полярными являются такие вещества, как:

• Хлорированные углеводороды.
• Смолы.
• Кремнийорганические субстанции.

Что такое электроотрицательность

Разделение на полярные и неполярные диэлектрики осуществляют также на основе электроотрицательности. Так называется свойство вещества притягивать к себе электроны. Чем более высокую электроотрицательность имеет атом, тем больше отрицательно заряженных частиц он будет притягивать к себе. Атомы, которые обладают низким показателем, будут частично положительно заряжены.

Так как все электроны притягиваются к элементам с большей электроотрицательностью, в атомах будут оставаться только протоны. Атомы, которые обладают высоким показателем, напротив, будут отрицательно заряжены. К ним будут притягиваться электроны, которые и отвечают за отрицательный заряд. Данное явление физики называют полярностью ковалентной связи.

Зная, что такое электроотрицательность, можно сформулировать другое определение. Полярный классический диэлектрик — это вещество, в котором связи создаются между атомами с разной электроотрицательностью. Чтобы узнать электроотрицательность того или иного вещества, можно посмотреть таблицу относительной электроотрицательности атомов.

Таблица электроотрицательности

Бывают случаи, когда молекула имеет несколько связей. В такой ситуации полярная она или нет, определяют за счет формы молекулы. А за форму отвечает расположение связей. Если вещество состоит из молекул правильной формы, а еще в нем мало электронов, то его можно отнести к полярному виду.

В качестве примера можно рассмотреть молекулу аммиака. В этом веществе отсутствуют электроны, а значит, ток не может проводиться. Молекула состоит из атомов азота и водорода. Первый обладает большой электроотрицательностью, а второй — низкой. Связи имеют тригональную пирамидальную форму.

Молекула аммиака

Поляризация диэлектриков

Поляризация — это перемещение связей зарядов, которое происходит под воздействием внешнего электрического поля. Направление перемещения связей характеризует вектор электрической поляризации.

У неполярных диэлектриков при поляризации электрический момент направлен только вдоль поля. Это явление получило название деформационная поляризация. У полярных веществ молекулы с электрическим моментом ориентируются преимущественно вдоль поля. В данном случае поляризация называется ориентировочной.

Механизм поляризации

Следовательно, среди основных различий между полярными и неполярными диэлектриками нужно, прежде всего, отметить их разную электроотрицательность. Еще одно отличие заключается в том, что по-разному поляризуются молекулы  этих веществ. Для полярных диэлектриков характерна деформационная поляризация, а для неполярных — ориентировочная.

Видео по теме