Dipol

Eine einzelne Ladung, von der ein elektrisches Feld ausgeht, nennt sich Monopol. Dagegen versteht man unter einem Dipol die physikalische Anordnung zweier entgegengesetzter Ladungen (positiv und negativ). Hierbei handelt es sich nicht um einen Zweipol – diese Bezeichnung steht wiederum für eine bestimmte Gruppe elektrischer Schaltungen. Ein Dipol trägt selbst keine elektrische Ladung, da die zwei entgegengesetzten Ladungen sich gegenseitig neutralisieren. Jeder Dipol wird durch ein sogenanntes Dipolmoment charakterisiert. Diese vektorielle Größe lässt sich durch folgende Formel errechnen:

Während für den Abstand zwischen den zwei entgegengesetzten Ladungen steht, gibt q ihren Betrag an. Je nachdem, in welchem Bereich und in welcher Form Dipole auftreten, unterscheidet man weiterhin zwischen elektrischen und magnetischen Dipolen. Die folgende Übersicht fasst die jeweils wichtigsten Merkmale zusammen.

Dipole und magnetische Felder

Grundsätzlich lassen sich alle komplexen magnetischen Strukturen aus Dipolen zusammensetzen. Beispielhaft für Dipole sind Magnete mit einem Südpol und einem Nordpol. Sobald es mehrere Ladungsverteilungen gibt, ist von Multipolen die Rede. Dieser Begriff umfasst prinzipiell sämtliche Strukturen von magnetischen und elektrischen Feldern, die sich aus der Ladungsverteilung ergeben. Ein Magnetfeld besteht immer aus mindestens einem Dipolfeld. Auch wenn man einen Magneten in der Mitte auseinanderbricht, kann man dadurch die entgegengesetzten Ladungen nicht voneinander trennen. Denn an der Schnittstelle entsteht je ein neuer Nord- und Südpol, sodass beide Bruchstücke wiederum einen neuen Dipol bilden.

Dipole und elektrische Felder

Da elektrische Dipole durch die Trennung von Ladungen entstehen, kommen sie auf makroskopischer Ebene eher selten vor. Im Gegensatz dazu trifft man elektrische Dipole auf mikroskopischer Ebene häufig an. Unter anderem werden sie von asymmetrischen Molekülen im Wasser erzeugt. Auch Muskel- und Nervenfasern im menschlichen Körper bewirken elektrische Dipolmomente. Dies lässt sich zum Beispiel anhand von elektrischen Spannungen durch ein Elektrokardiogramm messen.

Welche Moleküle sind Dipole?

Wenn innerhalb eines Körpers der Schwerpunkt von negativen Ladungen (Elektronen) und positiven Ladungen (Atomkerne) nicht zusammenfällt, dann besitzt dieser Körper ein elektrisches Dipolmoment. Daher spricht man von einem Dipolmolekül, sobald ein Molekül sowohl über einen positiven als auch über einen negativen Pol verfügt. In der Chemie dient das Dipolmoment als Maß, um die Stärke eines entsprechenden Moleküls zu messen. Prinzipiell muss ein Dipolmolekül mindestens eine polare Atombindung enthalten. Deshalb finden sich Dipole beispielsweise in:

  • Ammoniak (NH3)
  • Chlorwasserstoff (HCI)
  • Wasser (H2O)

Chemische Verbindungen wie Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Methan (CH4) weisen dagegen keine Dipolmoleküle auf. Hierbei ist es wichtig, zwischen polaren Stoffen im Allgemeinen und Dipolen im Speziellen zu unterscheiden. Polarität bezeichnet generell die Bildung von getrennten Ladungsschwerpunkten, wodurch eine Atomgruppe nicht mehr elektrisch neutral ist. Unter bestimmten Umständen kann wiederum aus polaren Bindungen ein Dipolmoment entstehen. Das bedeutet also, dass ein polares Molekül (beispielsweise Methan) nicht unbedingt auch ein Dipolmolekül sein muss.


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