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Debye-Kraft (Dipol-induzierte Dipol-Wechselwirkung)

1920
  • Peter Debye
Laboratory experiment demonstrating Debye Force between polar and nonpolar molecules.

An attractive intermolecular force between a polar molecule (with a permanent dipole) and a nonpolar molecule. The electric field from the permanent dipole distorts the electron cloud of the nonpolar molecule, inducing a temporary dipole in it. The two dipoles then attract each other. The interaction potential energy is [latex]V \propto -\frac{\alpha \mu^2}{r^6}[/latex], where [latex]\alpha[/latex] is polarizability and [latex]\mu[/latex] is the permanent dipole moment.

The Debye force, also known as the induction force, explains how a polar molecule can attract a nonpolar one. A polar molecule possesses a permanent electric dipole, which creates an electric field in its vicinity. When a nonpolar molecule enters this field, its electron cloud is distorted—electrons are pushed away from the negative end of the dipole and pulled toward the positive end. This separation of charge creates a temporary, ‘induced’ dipole in the nonpolar molecule. The interaction is always attractive because the induced dipole is always oriented favorably with respect to the permanent dipole that created it.

Unlike the Keesom force, the Debye force is not dependent on temperature. This is because the induced dipole is created by the permanent dipole and follows its orientation instantaneously, so thermal tumbling of the permanent dipole does not average out the attraction. The strength of the Debye force depends on two factors: the magnitude of the permanent dipole moment ([latex]\mu[/latex]) of the polar molecule and the polarizability ([latex]\alpha[/latex]) of the nonpolar molecule. While generally weaker than dipole-dipole forces, Debye forces are essential for understanding the behavior of mixtures containing both polar and nonpolar components.

UNESCO Nomenclature: 2202
– Atomic and molecular physics

Typ

Physikalisches Gesetz

Unterbrechung

Inkremental

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • Klassische Elektrodynamik und das Konzept eines elektrischen Feldes
  • Die Theorie des permanenten elektrischen Dipolmoments
  • Das Konzept der atomaren und molekularen Polarisierbarkeit

Anwendungen

  • Erklärung der Löslichkeit unpolarer Gase (wie Sauerstoff oder Stickstoff) in polaren Lösungsmitteln (wie Wasser)
  • Modellierung von Wechselwirkungen in Mischungen polarer und unpolarer Substanzen
  • Verständnis der Bildung von Solvatationsschalen um Ionen in Lösung
  • Haftung zwischen polaren und unpolaren Oberflächen

Patente:

NA

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