Полярные вещества. 
Импедансная спектроскопия полярных жидкостей

Полярные вещества это соединения, молекулы которых обладают электрическим дипольным моментом. Для полярных веществ, в сравнении с неполярными, характерны высокая диэлектрическая проницаемость (более 10 в жидкой фазе), повышенные температура кипения и температура плавления.

Дипольный момент обычно возникает вследствие разной электроотрицательности составляющих молекулу атомов, из-за чего связи в молекуле приобретают полярность. Однако, для приобретения дипольного момента требуется не только полярность связей, но и соответственное их расположение в пространстве.

Полярные растворители наиболее охотно растворяют полярные вещества, а также обладают способностью сольватировать. Примерами полярного растворителя являются вода, спирты и другие вещества.

Методика обработки спектров диэлектрической проницаемости воды с проводящими примесями

Объектом исследования данной работы являются дистиллированная вода и воды из природных водоисточников. Дистиллированная вода будет служить в качестве эталонного материала, т.к. её свойства хорошо изучены в широком диапазоне частот. Электромагнитные свойства воды зависят от частоты измерения. Это связано с эффектами поляризации, которая в переменных электрических полях обусловлена, по меньшей мере, тремя механизмами: электронная поляризация (смещение электронов относительно положительных ионов), ионная поляризация (смещение ионов в молекуле относительно друг друга), ориентационная поляризация или релаксация (вращение полярных молекул).

Ориентационная поляризация характеризуется большими временами релаксации, которые сильно зависят от температуры, поскольку энергии теплового движения молекул соизмеримы с энергиями взаимодействия полярных молекул с приложенным полем.

Для построения теоретических частотных зависимостей компонент комплексной диэлектрической проницаемости, нами были использованы формулы Дебая, которые хорошо описывают поведение дистиллированной воды при комнатной температуре [1]:

(2).

где щ — частота переменного электрического поля;

ф — время релаксации;

е0 — статическая диэлектрическая проницаемость;

е? — оптическая диэлектрическая проницаемость.

Спектры диэлектрической проницаемости, рассчитанные по формулам Дебая (1) и (2) для разных температур, представлены на рисунках 3 и 4. Из рисунков видно, что действительная часть проницаемости падает с ростом температуры, а область максимальных значений мнимой части сдвигается в сторону высоких частот, при этом величина максимумов так же уменьшается.

Рисунок 3 — Спектр [1].

Рисунок 4 — Спектр [1].

Вода имеет отличную от нуля электропроводимость на постоянном токе из-за наличия ионов. При температуре 20 °C их концентрация составляет 8,3Ч10−8 моль/л, с ростом температуры их концентрация растёт, что увеличивает проводимость воды. Эта зависимость отражена в таблице 1.

Таблица 1 — Зависимость проводимости на постоянном токе дистиллированной воды от температуры [1].

Наличие проводимости по постоянному току дает некоторую частотную добавку в мнимую часть диэлектрической проницаемости, которая может быть учтена путём введения дополнительного члена в формулу для мнимой части проницаемости:

(3).

где у — проводимость на постоянном токе.