Dipols permanents

que les molècules estan en una solució en general acuosa, cal tindre en conte que abdós posseïxen dipols permanents, per tant, es necessiten 2 constants dielèctriques tant per al solut com per al solvent. Si es considera simplement una constant dielèctrica per a descriure la resposta solut i solvent, i usant la llei de Coulomb, els resultats diferixen de l'evidència experimental, ya que és sabut que la constant dielèctrica de l'aigua és 80 i d'algunes proteïnes de l'orde de 4.

La resposta dielèctrica dels dipols permanents pot ser modelada. Alguns dels models usats són:

Representacions explícites dels àtoms

Si es descriu explícitament l'interacció entre molècules per mig de funcions potencials tant solut com solvent (molècules), es pot aplicar la llei de Coulomb per a càrregues i per mig de métodos que expliquen la dinàmica del sistema, es pot donar solució al fenomen electrostàtic. Es poden trobar dificultats computacionals en modelar les interaccions ya que totes les propietats del dielèctric (aigua) no poden ser descrites.

Representació mecànica estadística

Model de Langevin

En gasos i líquits dielèctrics polars posat que l'agitació tèrmica es pot visualisar des del punt de vista com a chocs intermoleculars, estos tendixen a destruir alguna orientació preferencial respecte al camp total, per tant esta força es comporta com restauradora i conseqüentment apareix l'efecte de alineamiento net donant lloc a un moment dipolar net P per unitat de volum.

La deducció de la forma general de computar esta polarisació neta, generalment es realisa assumint primer un grup de dipols distribuïts de manera arbitrària, sense un camp extern, i que una cantitat d'ells estan distribuïts en un ranc d'orientacions angulars determinades. Si estos estan somesos a un camp elèctric extern les orientacions ya no són igualment provables, i es demostra per mecànica estadística que el número de molècules que posseïx un determinat valor d'O, és proporcional a $e^{\frac{-U}{kT}}$, a on O depén del camp elèctric total i de l'àngul d'orientació, per tant, la forma general de la relació de Langevin és:

$<cos\theta >=\coth (\mathbf{\text{𝐏}}{E}_{total}/KT)-KT/𝐏E_{total}$

L'anterior equació representa el balanç entre la polarisació i les fluctuacions tèrmiques aleatòries, a on T és la temperatura absoluta i K és la constant de Boltzmann. En principi el model de Langevin és aplicable a les molècules polars lliures de rotació, a on les interaccions són electrostàtiques. No obstant, degut a que ignora el moviment correlacionado entre les molècules del solvent, no pot ser explicat en una constant dielèctrica, sense algun tipo de correcció i tampoc representa efectes de saturació dielèctrica. Aixina i tot, ha segut de molta utilitat per a representar líquits tals com l'aigua.

Teoria de Kirkwood-Frohlich

En esta representació, el material és considerat com una colecció de dipols permanents, sumergits en un continu en una constant dielèctrica d'alta freqüència. El moment dipolar efectiu de cada dipol s'incrementa pel valor de fase per la polarisació per la reacció del camp

$\frac{9kT(\epsilon -{\epsilon }_{\mathrm{\infty }})(2\epsilon +{\epsilon }_{\mathrm{\infty }})}{4\pi N\epsilon ({\epsilon }_{\mathrm{\infty }+2}{)}^2}=g{\mu }^2$

a on $\epsilon$ és la constant dielèctrica del material, N és el número de densitat, $\mu$ és el moment dipolar en fase gaseosa i g és el factor de correlació de Kirwood que es considera pels efectes cooperatius d'orientació propencs als dipols.