Особенности и примеры лондонских сил

силы Лондона, Лондонские дисперсионные силы или диполь-индуцированные-дипольные взаимодействия являются самым слабым типом межмолекулярных взаимодействий. Его имя связано с вкладом физика Фрица Лондона и его исследованиями в области квантовой физики.

Силы Лондона объясняют, как взаимодействуют молекулы, чьи структуры и атомы делают невозможным формирование постоянного диполя; то есть оно в основном относится к неполярным молекулам или атомам, изолированным от благородных газов. В отличие от других сил Ван-дер-Ваальса, это требует очень коротких расстояний.

Хорошую физическую аналогию лондонских сил можно найти в работе системы застежки на липучке (верхнее изображение). При нажатии одной стороны ткани, вышитой крючками, а другой - волокнами, создается сила притяжения, пропорциональная площади ткани..

Как только обе стороны запечатаны, необходимо приложить силу, чтобы противодействовать их взаимодействиям (созданным нашими пальцами), чтобы разделить их. То же самое относится и к молекулам: чем они более объемные или плоские, тем больше их межмолекулярное взаимодействие на очень коротких расстояниях.

Однако не всегда возможно приблизить эти молекулы на расстояние, достаточно близкое для того, чтобы их взаимодействия были заметны.

В этом случае они требуют очень низких температур или очень высоких давлений; как таковой это случай газов. Кроме того, этот тип взаимодействия может присутствовать в жидких веществах (таких как н-гексан) и твердых веществах (таких как йод).

индекс

• 1 Характеристики
  • 1.1 Равномерное распределение нагрузки
  • 1.2 Поляризуемость
  • 1.3 Он обратно пропорционален расстоянию
  • 1.4 Это прямо пропорционально молекулярной массе
• 2 примера лондонских войск
  • 2.1 В природе
  • 2.2 Алканы
  • 2.3 Галогены и газы
• 3 Ссылки

черты

Какими характеристиками должна обладать молекула, чтобы взаимодействовать с силами Лондона? Ответ заключается в том, что это может сделать любой, но при наличии постоянного дипольного момента диполь-дипольные взаимодействия преобладают над дисперсионными, что очень мало влияет на физическую природу веществ..

В структурах, где нет сильно электроотрицательных атомов или распределение электростатического заряда является однородным, нет конца или области, которая может считаться богатой (δ-) или плохой (δ +) электронами..

В этих случаях должны вмешиваться силы другого типа, иначе эти соединения могут существовать только в газовой фазе, независимо от того, какие условия давления или температуры действуют на них..

Распределение однородной нагрузки

Два изолированных атома, таких как неон или аргон, имеют однородное распределение заряда. Это можно увидеть на верхнем изображении. Белые кружки в центре представляют ядра для атомов или молекулярный скелет для молекул. Такое распределение заряда можно рассматривать как облако электронов зеленого цвета.

Почему благородные газы выполняют эту однородность? Поскольку у них полностью заполнен электронный слой, их электроны должны теоретически ощущать заряд притяжения ядра на всех орбиталях одинаково.

В отличие от других газов, таких как атомарный кислород (O), его слой является неполным (что наблюдается в его электронной конфигурации) и заставляет его образовывать двухатомную молекулу O₂ чтобы компенсировать этот недостаток.

Зеленые круги А также могут быть молекулами, маленькими или большими. Облако электронов вращается вокруг всех составляющих его атомов, особенно более электроотрицательных. Вокруг этих атомов облако будет концентрироваться и быть более отрицательным, в то время как другие атомы будут иметь электронный дефицит.

Однако это облако не статично, а динамично, так что в какой-то момент будут краткие области δ- и δ + и явление, называемое поляризация.

поляризуемость

В A облака зеленого цвета указывают на однородное распределение отрицательного заряда. Однако положительная сила притяжения, действующая на ядро, может колебаться на электронах. Это вызывает деформацию облака, создавая таким образом области δ-, синий и δ +, желтый.

Этот внезапный дипольный момент в атоме или молекуле может исказить соседнее электронное облако; другими словами, это вызывает внезапный диполь на его соседе (B, верхнее изображение).

Это связано с тем, что область δ- возмущает соседнее облако, его электроны ощущают электростатическое отталкивание и ориентируются на противоположный полюс, появляясь δ+.

Обратите внимание, как положительные и отрицательные полюсы совпадают, как и молекулы с постоянными дипольными моментами. Чем объемнее электронное облако, тем труднее ядро ​​будет сохранять его однородным в пространстве; а также, тем больше деформация такая же, как видно на С.

Следовательно, атомы и малые молекулы вряд ли будут поляризованы какой-либо частицей в их среде. Примером такой ситуации является малая молекула водорода, H₂.

Чтобы сконденсировать или даже еще больше кристаллизоваться, ему необходимо чрезмерное давление, чтобы заставить его молекулы физически взаимодействовать.

Он обратно пропорционален расстоянию

Даже если образуются мгновенные диполи, которые вызывают вокруг себя других, их недостаточно для удержания атомов или молекул вместе..

В Б есть расстояние d который разделяет два облака и их два ядра. Так что оба диполя могут оставаться в течение определенного времени, это расстояние d оно должно быть очень маленьким.

Это условие должно быть выполнено, что является неотъемлемой характеристикой лондонских сил (помните закрытие на липучке), чтобы оно оказало заметное влияние на физические свойства материала..

один раз d будь маленьким, то левое ядро ​​в B начнет притягивать синюю область δ- соседнего атома или молекулы. Это еще больше деформирует облако, как видно на С (ядро больше не в центре, а справа). Затем наступает момент, когда оба облака соприкасаются и «подпрыгивают», но достаточно медленно, чтобы на некоторое время собрать их вместе..

Поэтому силы Лондона обратно пропорциональны расстоянию d. Фактически, фактор равен d⁷, поэтому минимальное изменение расстояния между атомами или молекулами ослабит или усилит дисперсию Лондона.

Это прямо пропорционально молекулярной массе

Как увеличить размер облаков, чтобы они легче поляризовались? Добавление электронов, и для этого ядро ​​должно иметь больше протонов и нейтронов, увеличивая тем самым атомную массу; или, добавив атомы к скелету молекулы, что, в свою очередь, увеличит ее молекулярную массу

Таким образом, ядра или молекулярный скелет с меньшей вероятностью будут постоянно поддерживать единообразие электронного облака. Следовательно, чем больше зеленые кружки, рассмотренные в A, B и C, тем более поляризуемыми они будут и тем больше будет их взаимодействие с лондонскими силами..

Этот эффект четко наблюдается между B и C, и может быть даже больше, если бы круги были большего диаметра. Эти рассуждения являются ключевыми для объяснения физических свойств многих соединений в соответствии с их молекулярными массами..

Примеры лондонских сил

В природе

В повседневной жизни есть бесчисленные примеры рассеивающих сил Лондона без необходимости в первую очередь углубляться в микроскопический мир..

Один из наиболее распространенных и удивительных примеров можно найти в ногах рептилий, известных как гекконы (верхнее изображение) и у многих насекомых (также у Человека-паука)..

В их ногах есть подушечки, из которых торчат тысячи мелких нитей. На изображении вы можете увидеть геккона, позирующего на склоне скалы. Для достижения этого используются межмолекулярные силы между породой и нитями ее ног..

Каждая из этих нитей слабо взаимодействует с поверхностью, на которой мелкая рептилия чешется, но так как их тысячи, они прикладывают силу, пропорциональную площади их ног, достаточно сильную, чтобы оставаться прикрепленной и способной подниматься. Гекконы также способны взбираться на гладкие и совершенные поверхности, такие как кристаллы.

алканы

Алканы - это насыщенные углеводороды, которые также взаимодействуют с лондонскими силами. Их молекулярные структуры состоят просто из углерода и водорода, связанных простыми связями. Учитывая, что разница электроотрицательностей между C и H очень мала, они являются неполярными соединениями..

Итак, метан, СН₄, самый маленький углеводород из всех, кипит при -161.7ºC. Когда С и Н добавляются к скелету, получают другие алканы с более высокими молекулярными массами..

Таким образом возникают этан (-88,6ºC), бутан (-0,5ºC) и октан (125,7ºC). Обратите внимание, как повышается температура кипения, когда алканы становятся тяжелее.

Это связано с тем, что их электронные облака более поляризуемы, а их структуры имеют большую площадь поверхности, что увеличивает контакт между их молекулами..

Октан, хотя и является неполярным соединением, имеет более высокую температуру кипения, чем вода.

Галогены и газы

Силы Лондона также присутствуют во многих газообразных веществах. Например, N молекул₂, H₂, Колорадо₂, F₂, Cl₂ и все благородные газы взаимодействуют с этими силами, поскольку они имеют однородное электростатическое распределение, которое может переносить мгновенные диполи и вызывать поляризации.

Благородными газами являются He (гелий), Ne (неон), Ar (аргон), Kr (криптон), Xe (ксенон) и Rn (радон). Слева направо, его точки кипения увеличиваются с увеличением атомных масс: -269, -246, -186, -152, -108 и -62 ºC.

Галогены также взаимодействуют через эти силы. Фтор - это газ при комнатной температуре, как и хлор. Бром с большей атомной массой находится в нормальных условиях в виде красноватой жидкости, а йод, наконец, образует пурпурное твердое вещество, которое быстро сублимируется, потому что оно тяжелее других галогенов.

ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning, стр. 452-455.
2. Анхелес Мендес. (22 мая 2012 г.) Дисперсионные силы (из Лондона). Получено с: quimica.laguia2000.com
3. Лондонские Дисперсионные Силы. Получено от: chem.purdue.edu
4. Хельменстин, Анна Мари, доктор философии (22 июня 2018 г.) 3 типа межмолекулярных сил. Получено с: мысли
5. Райан Илаган и Гари Л Бертран. Лондонские Дисперсионные Взаимодействия. Взято с сайта chem.libretexts.org
6. ChemPages Netorials. Лондонские войска. Получено от: chem.wisc.edu
7. Kamereon. (22 мая 2013 г.) Геккон: силы геккона и Ван дер Ваальса. Получено с: almabiologica.com