Wie berechnet man das Dipolmoment von Wasser?

Nehmen wir an, wir füllen die xy-Ebene mit Wasser wie folgt:

Die Dipolmoment wird berechnet, indem die Dipolmomentbeiträge von jedem nachgeschlagen werden $"O"-"H"$ Bindung, die polar sind, und summiert sie, um den Nettodipol zu erhalten. Jeder Beitrag ist $"1.5 D"$ (debyes).

Die Nettodipol zeigt durch Sauerstoff entlang der y-Achse in die negative Richtung.

Beachten Sie, dass die Dipolprojektion in x-Richtung verläuft sich gegenseitig aufheben; wenn der linke Dipolbeitrag darauf hindeutet +xzeigt der richtige Beitrag auf -x.

Um den Nettodipol zu berechnen, bestimmen Sie den Projektion jedes Dipols in y-Richtung, und dann doppelt es, da beide $"OH"$ Anleihen sind identisch.

Die $"H"-"O"-"H"$ Bindungswinkel von Wasser ist ziemlich viel $104.4776^@$ (es ist okay zu benutzen $104.5^@$ ).

Nehmen Sie den in der Projektion verwendeten Winkel als von vertikal bis zu jedem $"OH"$ Bond und Sie werden bekommen $104.4776^@"/"2$ , dann stell dir zwei rechtwinklige Dreiecke vor.

Damit und mit der Tatsache, dass $costheta = cos(-theta)$ :

$mu_"y,left contribution" = mu_("OH")xxcos(52.2388^@)$

$= "1.5 D" xx 0.612 = color(green)(0.9187)$

$mu_"y,right contribution" = mu_("OH")xxcos(-52.2388^@)$

$= "1.5 D" xx 0.612 = color(green)(0.9187)$

Endlich haben wir Summe sie auf, weil sie beide in sind die gleiche y Richtung:

$color(blue)(mu_"tot") = mu_"y,left contribution" + mu_"y,right contribution"$

$= 0.9187 + 0.9187 = color(blue)("1.837 D")$

which is pretty close to the actual $"1.85 D"$ .

Wahrscheinlich war der Fehler entweder von der verwiesenen $"OH"$ Dipolmoment oder der berechnete Bindungswinkel (über die Hartree-Fock-Theorie unter Verwendung eines cc-pVQZ-Basissatzes, aber das müssen Sie nicht wissen).