Лондонські сили і приклади



The силами Лондона, Лондонські дисперсійні сили або дипольні індуковані дипольні взаємодії є найслабшим типом міжмолекулярних взаємодій. Його ім'я пояснюється внесеннями фізика Фріца Лондона і його навчання в області квантової фізики.

Лондонські сили пояснюють, як молекули взаємодіють, чиї структури та атоми роблять неможливим формування постійного диполя; це, в основному, відноситься до аполярних молекул або до атомів, виділених з благородних газів. На відміну від інших сил Ван-дер-Ваальса, це вимагає надзвичайно коротких відстаней.

Хорошу фізичну аналогію лондонських сил можна знайти в роботі системи закриття на липучці (верхнє зображення). При натисканні однієї сторони тканини, вишитої гачками, а іншої на волокна, створюється приваблива сила, пропорційна площі тканин.

Після того, як обидві сторони запечатані, необхідно докласти зусиль, щоб протидіяти їх взаємодіям (зробленим нашими пальцями), щоб розділити їх. Те ж саме стосується молекул: чим вони більш об'ємні або плоскі, тим більше їх міжмолекулярні взаємодії на дуже малих відстанях.

Однак не завжди вдається апроксимувати ці молекули на відстані, достатньому для того, щоб їх взаємодія була помітною.

У цьому випадку вони вимагають дуже низьких температур або дуже високих тисків; як така, це випадок газів. Крім того, цей тип взаємодії може бути присутнім в рідких речовинах (таких як н-гексан) і твердих речовинах (таких як йод).

Індекс

  • 1 Характеристики
    • 1.1 Рівномірний розподіл навантаження
    • 1.2 Поляризуемость
    • 1.3 Він обернено пропорційний відстані
    • 1.4 Вона прямо пропорційна молекулярній масі
  • 2 Приклади лондонських сил
    • 2.1 У природі
    • 2.2 Алкани
    • 2.3 Галогени та гази
  • 3 Посилання

Особливості

Які характеристики мають молекули, щоб вони могли взаємодіяти через лондонські сили? Відповідь полягає в тому, що кожен може це зробити, але коли є постійний дипольний момент, диполь-дипольні взаємодії переважають більш ніж дисперсійні взаємодії, що дуже мало сприяє фізичній природі речовин.

У конструкціях, де немає високоелектронегативних атомів або чиє розподіл електростатичного заряду є однорідним, не існує кінця або області, які можна вважати багатими (δ-) або бідними (δ +) в електронах.

У цих випадках інший тип сил повинен втручатися або в іншому випадку ці сполуки можуть існувати тільки в газовій фазі, незалежно від того, які тиски або температурні умови діють на них..

Розподіл однорідного навантаження

Два ізольованих атома, такі як неон або аргон, мають однорідний розподіл заряду. Це можна побачити на верхньому зображенні A. Білі кола в центрі представляють ядра, для атомів, або молекулярний скелет для молекул. Таке розподіл зарядів можна розглядати як хмару електронів зеленого кольору.

Чому благородні гази задовольняють цю однорідність? Тому що їхній електронний шар повністю заповнений, тому їхні електрони повинні теоретично відчувати заряд тяжіння ядра в усіх орбіталях однаково.

На відміну від інших газів, таких як атомарний кисень (O), його шар є неповним (що спостерігається в його електронній конфігурації) і змушує його формувати двоатомну молекулу O2 компенсувати цей дефіцит.

Зелені кола А також можуть бути молекулами, малими або великими. Її хмара електронів обертається навколо всіх атомів, що входять до її складу, особливо більш електронегативних. Навколо цих атомів хмара буде концентруватися і бути більш негативною, тоді як інші атоми будуть мати електронний дефіцит.

Однак це хмара не є статичною, а динамічною, так що в якийсь момент будуть короткими областями δ- і δ +, і явище називається поляризації.

Поляризуемость

В А хмара зеленого кольору вказує на однорідний розподіл негативного заряду. Однак сила позитивного притягання ядра може коливатися на електрони. Це викликає деформацію хмари, створюючи таким чином області δ-, блакитні і δ +, жовті.

Цей раптовий дипольний момент в атомі або молекулі може спотворювати сусідню електронну хмару; іншими словами, він індукує раптовий диполь на сусіді (B, top image).

Це пояснюється тим, що область δ- порушує сусідню хмару, її електрони відчувають електростатичне відштовхування і орієнтовані на протилежному полюсі, з'являючись δ+.

Зверніть увагу на те, як позитивні та негативні полюси вирівнюються, як і молекули з постійними дипольними моментами. Чим більше об'ємне електронне хмара, тим важче ядро ​​буде тримати його однорідним у просторі; а також, чим більше деформація ж, як видно на С.

Тому атоми і малі молекули навряд чи будуть поляризовані будь-якою часткою в їхньому середовищі. Прикладом для даної ситуації є невелика молекула водню H2.

Для конденсації, або навіть більше, кристалізації, потрібні непомірні тиски, щоб змусити молекули фізично взаємодіяти.

Він обернено пропорційний відстані

Навіть якщо утворюються миттєві диполи, які спонукають оточуючих оточуючих, вони недостатні для того, щоб утримувати атоми або молекули разом.

У B є відстань d що розділяє дві хмари і їх два ядра. Таким чином, обидва диполя можуть залишатися протягом визначеного часу, ця відстань d вона повинна бути дуже маленькою.

Ця умова повинна бути виконана, що є суттєвою характеристикою лондонських сил (пам'ятайте про закриття липучки), так що вона має помітний вплив на фізичні властивості матеріалу..

Одного разу d Будучи малим, ядро ​​лівого в B почне притягувати синю область δ- сусіднього атома або молекули. Це ще більше деформує хмару, як видно на С (ядро більше не знаходиться в центрі, а праворуч). Потім настає момент, коли обидва хмари торкаються і "відскакують", але досить повільно, щоб мати їх разом на деякий час.

Тому лондонські сили обернено пропорційні відстані d. Фактично, коефіцієнт дорівнює d7, таким чином, мінімальна варіація відстані між атомами або молекулами послабить або посилить розсіювання Лондона.

Вона прямо пропорційна молекулярній масі

Як збільшити розмір хмар, щоб вони легше поляризувалися? Додавання електронів і для цього ядро ​​повинно мати більше протонів і нейтронів, збільшуючи таким чином атомну масу; або шляхом додавання атомів до скелета молекули, що в свою чергу збільшить його молекулярну масу

Таким чином, ядра або молекулярний скелет мали б меншу ймовірність постійно підтримувати електронну хмару. Отже, чим більше зелених кіл розглядаються в A, B і C, тим більше поляризуються вони і тим більше будуть їхні взаємодії з лондонськими силами..

Цей ефект чітко спостерігається між B і C, і може бути ще більшим, якщо кола мають більший діаметр. Це обгрунтування є ключовим для пояснення фізичних властивостей багатьох сполук відповідно до їх молекулярних мас.

Приклади лондонських сил

У природі

У повсякденному житті є безліч прикладів дисперсійних сил Лондона без необхідності виходити, в першу чергу, в мікроскопічний світ.

Один з найпоширеніших і дивовижних прикладів міститься в ногах рептилій, відомих як гекони (top image) і в багатьох комах (також у Spiderman).

У ногах у них є накладки, з яких виступають тисячі дрібних ниток. На зображенні ви можете побачити гекону, що позує на схилі скелі. Для досягнення цієї мети використовуються міжмолекулярні сили між породою і нитками її ніг.

Кожна з цих ниток слабо взаємодіє з поверхнею, на якій масштабуються дрібні рептилії, але оскільки вони є тисячами, вони надають силу, пропорційну площі їх ніг, достатньо сильною, щоб залишатися прикріпленими і здатними підніматися. Гекони також здатні підніматися на гладкі та ідеальні поверхні, такі як кристали.

Алкани

Алкани є насиченими вуглеводнями, які також взаємодіють лондонськими силами. Їх молекулярні структури складаються просто з вуглецю і водню, пов'язаних простими зв'язками. Враховуючи, що різниця електронегативностей між C і H дуже мала, вони є неполярними сполуками.

Отже, метан, СН4, найменший вуглеводень, кипить при -161,7ºC. Оскільки до скелета додаються С і Н, то отримують інші алкани з більш високими молекулярними масами.

Таким чином, виникає етан (-88,6ºC), бутан (-0,5ºC) і октан (125,7ºC). Зверніть увагу, як підвищуються точки кипіння, оскільки алкани стають більш важкими.

Це пояснюється тим, що їхні електронні хмари є більш поляризуючими і їх структури мають більшу площу поверхні, яка збільшує контакт між їх молекулами.

Октан, хоча і є неполярним з'єднанням, має більш високу температуру кипіння, ніж вода.

Галогени та гази

Лондонські сили також присутні у багатьох газоподібних речовинах. Наприклад, N молекул2, H2, CO2, F2, Cl2 і всі благородні гази взаємодіють цими силами, оскільки вони представляють однорідний електростатичний розподіл, який може зазнати миттєвих диполів і породжують поляризацію.

Добрими газами є He (гелій), Ne (неон), Ar (аргон), Kr (криптон), Xe (ксенон) і Rn (радон). Зліва направо його точки кипіння збільшуються зі збільшенням атомних мас: -269, -246, -186, -152, -108 і -62 ºC.

Галогени також взаємодіють через ці сили. Фтор - це газ при кімнатній температурі, як і хлор. Бром, з більшою атомною масою, знаходиться в нормальних умовах, як червонувату рідину, і йод, нарешті, утворює фіолетове тверде тіло, яке швидко сублімується, оскільки воно важче, ніж інші галогени..

Список літератури

  1. Уіттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія (8-е изд.). CENGAGE Learning, стор 452-455.
  2. Анхелес Мендес. (22 травня 2012 р.) Сили дисперсії (з Лондона). Отримано з: quimica.laguia2000.com
  3. Лондонські дисперсійні сили. Отримано з: chem.purdue.edu
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 червня 2018). 3 Типи міжмолекулярних сил. Отримано з: thoughtco.com
  5. Ryan Ilagan & Gary L Bertrand. Лондонські дисперсійні взаємодії. Взяті з: chem.libretexts.org
  6. Чистоліки ChemPages. Лондонські війська. Отримано з: chem.wisc.edu
  7. Kamereon. (22 травня 2013 року). Gecko: Гекон і Ван-дер-Ваальсові сили. Отримано з: almabiologica.com