Polarizierbarkeit

Polarizierbarkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Atoms, Moleküls oder Materials, seine Elektronenwolke unter dem Einfluss eines externen elektrischen Feldes zu verschieben. In isotropen Systemen ergibt sich der induzierte Dipol μ_ind aus μ_ind = α E; α ist die Polarizierbarkeit. Bei anisotropen Systemen ist α eine Tensorgröße α_ij, sodass μ_ind_i = α_ij E_j.

Die Polarizierbarkeit wird häufig in kubischen Angström (Å^3) angegeben; in SI-Einheiten entspricht sie dem Vektor C m^2/V. Übliche Werte liegen im Bereich kleiner Moleküle von wenigen bis zu einigen Dutzend Å^3; größere Moleküle weisen entsprechend höhere Werte auf. Neben der statischen gibt es die dynamische Polarizierbarkeit α(ω), die die Reaktion auf oszillierende Felder beschreibt und für optische Phänomene, Dispersion und Refraktion relevant ist.

Makroskopisch beeinflusst die Polarizierbarkeit den Brechungsindex und die Dielektrizitätskonstante eines Mediums. Über lokale Feldeffekte und die Lorentz-Lorenz-Beziehung besteht ein Zusammenhang zwischen der molekularen Polarizierbarkeit und der makroskopischen Optik. Polarizierbarkeit ist auch die Grundlage der van-der-Waals-Kräfte (London-Dispersion), die chemische Bindungen und Phasen stabilisieren.

Experimentell wird α aus Messungen des Brechungsindexes, der Lichtstreuung oder Spektren abgeleitet; theoretisch berechnet man α mit ab-initio-Methoden (HF, DFT, MP2) und TD-DFT für die dynamische Version. Polarizierbarkeit ist damit zentral für das Verständnis von optischen Eigenschaften, Dispersion und intermolekularen Kräften.