Percus-Yevick approximation and theory of dielectric relaxation in polar liquids

Summary

The dielectric relaxation in polar liquids is described in terms of an approximation which is equivalent to that used by Percus and Yevick in their theory of the liquid state. The formulation obtained in this way contains as a limiting case the theory of the static dielectric constant developed by the author in a previous paper. The final equation of the theory, when applied to the interpretation of an experimental Cole-Cole plot, can be used to get the polarizability and the permanent dipole moment of a polar molecule. For chlorobenzene, the resulting dipole moment is consistent with the indications of vapour phase data. On the contrary, the value predicted by an analogous calculation based on the Fatuzzo-Mason theory is much lower than the experimental one. The theory is also shown to predict the existence of collective modes, in agreement with the results obtained by Lobo, Robinson and Rodriguez (1973).

Riassunto

Il fenomeno del rilassamento dielettrico nei liquidi polari è descritto mediante un'approssimazione che risulta essere equivalente a quella usata da Percus e Yevik nella teoria dello stato liquido. La formulazione ottenuta in questo modo contiene come caso limite la teoria della costante dielettrica statica, quale fu sviluppata dall'autore in un precedente lavoro. L'equazione finale della teoria, se applicata all'interpretazione di un diagramma sperimentale di Cole-Cole, può essere usata per ottenere la polarizzabilità ed il momento di dipolo permanente di una molecola polare. Per il clorobenzene, il valore risultante per il momento dipolare è coerente con le indicazioni provenienti da misure in fase vapore. Al contrario, il valore dedotto con un analogo calcolo basato sulla teoria di Fatuzzo-Mason è assai inferiore a quello sperimentale. Si dimostra poi che la teoria è in grado di prevedere l'esistenza di modi collettivi, in accordo con i risultati ottenuti da Lobo, Robinson e Rodriguez (1973).

Резюме

Явление диэлектрической релаксации в полярных жидкостях описывается с помощью приближения, которое эквивалентно приближению, использованному Перкусом и Йевиком в их теории жидкого состояния. Формулировка, полученная этим методом, содержит как предельный случай теорию статической диэлектрической постоянной, которая была развита автором в предыдущей статье. Окончательное уравнение теории, если применимо для интерпретации экспериментальной кривой «Коле-Коле», может быть использовано для получения постоянной поляризуемости и дипольного момента полярной молекулы. Для хлоробензола полученный дипольный момент согласуется с результатами измерений в паровой фазе. Напротив, величина, предсказанная с помощью аналогичных вычислений на основе теории Фатудзо-Масона, оказывается много меньше, чем экспериментальная величина. Показывается, что предложенная теория предсказывает существование коллективных мод в соответствии с результатами, полученными Лобо, Робинсоном и Родригесом (1973).