電気双極子モーメントとは?
電気双極子とは、大きさが等しく符号が逆の2つの電荷が、わずかな距離だけ離れて並んだものを指します。電気双極子モーメント p は、この電荷の偏り(分極)の強さと向きを表す量です。負電荷から正電荷へ向かうベクトルであり、その大きさは電荷の大きさと電荷間距離の積で単純に求められます。
この計算ツールの使い方
電荷の大きさ q をクーロン(C)で、電荷間距離 d をメートル(m)で入力してください。計算ツールが双極子モーメントをクーロンメートル(C・m)で返すと同時に、分子スケールでよく使われる単位であるデバイ(D)にも換算して表示します。
計算式の解説
定義式は $$p = \text{Charge } q \times \text{Separation } d$$ です。q はクーロン単位の電荷、d はメートル単位の距離で、結果 p はクーロンメートルで得られます。デバイ単位で表したい場合は、換算係数 \(3.33564095 \times 10^{-30}\ \text{C}\cdot\text{m}\text{/デバイ}\) で割ります。これは \(1\ \text{D} \equiv 10^{-18}\ \text{esu}\cdot\text{cm}\) という関係に基づいています。
計算例
たとえば 1 C の電荷が 1 m 離れている場合、$$p = 1 \times 1 = 1\ \text{C}\cdot\text{m}$$ となります。デバイへの換算では、\(1 \div 3.33564095 \times 10^{-30} \approx 2.998 \times 10^{29}\ \text{D}\) です。より現実的な分子の双極子で考えると、電子の電荷(\(1.6 \times 10^{-19}\ \text{C}\))が 0.1 nm(\(1 \times 10^{-10}\ \text{m}\))離れた場合、\(p = 1.6 \times 10^{-29}\ \text{C}\cdot\text{m} \approx 4.8\ \text{D}\) となります。
よくある質問
双極子モーメントの単位は何ですか? SI単位はクーロンメートル(C・m)ですが、化学分野ではデバイ(D)がよく使われます。\(1\ \text{D} \approx 3.336 \times 10^{-30}\ \text{C}\cdot\text{m}\) です。
なぜモーメントはベクトルなのですか? 大きさだけでなく向きも持つためです。向きは負電荷から正電荷を指し、双極子が電場とどのように相互作用するかを決定します。
指数表記(科学的記数法)で入力できますか? はい。ごく小さな電荷や距離を扱う場合は、1.6e-19 のような表記がそのまま使えます。