LONDONSKE SILE: ZNAČILNOSTI IN PRIMERI - KEMIJA - 2025

V London sile , London disperzijske sile ali inducirano-dipolni dipolni interakcije, so najšibkejši vrsto interakcij med. Ime je dobil zaradi prispevkov fizika Fritza Londona in njegovih študij na področju kvantne fizike.

Londonske sile razlagajo, kako molekule medsebojno vplivajo, katerih strukture in atomi mu onemogočajo oblikovanje stalnega dipola; to pomeni, da se v osnovi nanaša na apolarne molekule ali na izolirane atome žlahtnih plinov. Za razliko od drugih sil Van der Waalsa ta zahteva izredno kratke razdalje.

Vir: Hadley Paul Garland prek Flickr

V delovanju sistema zapiranja Velcro je mogoče najti dobro fizično analizo londonskih sil (slika zgoraj). S pritiskom na eno stran vezene tkanine s kavlji, drugo pa na vlakna, se ustvari privlačna sila, ki je sorazmerna s površino tkanin.

Ko sta oba obraza zapečatena, je treba uporabiti silo, da bi preprečili njuno interakcijo (s prsti), da bi ju ločili. Enako velja za molekule: bolj obsežne ali ravne so, večje so njihove medmolekulske interakcije na zelo kratkih razdaljah.

Vendar pa ni vedno mogoče teh molekul približati dovolj dobro, da bi bile njihove interakcije opazne.

Če je temu tako, zahtevajo zelo nizke temperature ali zelo visoke pritiske; kot plini. Prav tako so te vrste interakcij lahko prisotne v tekočih snoveh (na primer n-heksanu) in trdnih snoveh (kot je jod).

značilnosti

Vir: Gabriel Bolívar

Kakšne značilnosti mora imeti molekula, da lahko deluje z uporabo londonskih sil? Odgovor je, da bi to lahko storil kdor koli, ko pa obstaja stalni dipolni trenutek, prevladujejo dipolo-dipolne interakcije bolj kot razpršene, kar zelo malo prispeva k fizični naravi snovi.

V strukturah, kjer ni visoko elektronegativnih atomov ali katerih elektrostatična porazdelitev naboja je homogena, ni ekstremnega območja ali območja, ki bi ga lahko šteli za bogate (δ-) ali slabo (δ +) elektronov.

V teh primerih morajo posredovati druge vrste sil ali drugače omenjene spojine lahko obstajajo le v plinski fazi, ne glede na tlačne ali temperaturne pogoje, ki delujejo na njih.

Homogena porazdelitev obremenitve

Dva izolirana atoma, na primer neon ali argon, imata homogeno porazdelitev naboja. To lahko vidite na zgornji sliki A. Beli krogi v središču predstavljajo jedra, za atome ali molekularno okostje, za molekule. To porazdelitev naboja lahko štejemo kot oblak zelenih elektronov.

Zakaj plemeniti plini ustrezajo tej homogenosti? Ker imajo popolnoma polno elektronsko lupino, bi morali njihovi elektroni teoretično čutiti privlačen naboj jedra enako v vseh orbitalah.

Po drugi strani pa je za druge pline, kot je atomska kisika (O), njegova sloj nepopolno (ki se pojavi v elektronski konfiguraciji) in sile, da se tvori dvoatomna molekula O ₂ kot nadomestilo za to pomanjkljivost.

Zeleni krogi v A so lahko tudi molekule, majhne ali velike. Njegov elektronski oblak kroži okoli vseh atomov, ki jih sestavljajo, še posebej najbolj elektronegativni. Okoli teh atomov bo oblak postal bolj koncentriran in negativen, drugi atomi pa bodo imeli elektronsko pomanjkljivost.

Vendar ta oblak ni statičen, ampak dinamičen, zato se bodo na neki točki oblikovala kratka območja δ- in δ + in pojavil se bo pojav, imenovan polarizacija.

Polarizabilnost

V A oblak zelene barve označuje homogeno porazdelitev negativnega naboja. Vendar lahko pozitivna privlačna sila, ki jo deluje jedro, niha na elektrone. To povzroči deformacijo oblaka in tako ustvari regije δ-, v modri barvi in ​​δ +, v rumeni barvi.

Ta nenadni dipolni moment v atomu ali molekuli lahko izkrivlja sosednji elektronski oblak; z drugimi besedami, sproži nenadni dipol na soseda (B, zgornja slika).

To je posledica dejstva, da δ-regija moti sosednji oblak, njeni elektroni čutijo elektrostatično odbojnost in so usmerjeni v nasprotni pol, pri čemer se pojavi δ +.

Upoštevajte, kako se pozitivni drogovi poravnajo z negativnimi, tako kot to počnejo molekule s stalnimi dipolnimi trenutki. Čim bolj je obsežen elektronski oblak, težje bo jedro ohranilo homogeno v prostoru; poleg tega pa je večja njegova deformacija, kot je razvidno iz C.

Zato je manj verjetno, da atomi in majhne molekule polarizirajo katerikoli delci v njihovem okolju. Primer za tak primer je ponazorjen z majhno molekulo vodika, H ₂ .

Da bi se lahko kondenzirala ali še bolj kristalizirala, potrebuje prekomerne pritiske, da sili svoje molekule v fizično interakcijo.

Je obratno sorazmerna z razdaljo

Čeprav nastanejo takojšnji dipoli, ki inducirajo druge okoli njih, niso dovolj, da atome ali molekule držijo skupaj.

V B je razdalja d, ki ločuje oba oblaka in njuni dve jedri. Da lahko oba dipola ostaneta dlje časa, mora biti ta razdalja d zelo majhna.

Ta pogoj, ki je bistven značilnost londonskih sil (ne pozabite na zaprtje Velcro), mora biti izpolnjen, da lahko opazno vpliva na fizikalne lastnosti materije.

Ko je d majhno, bo jedro na levi strani B privabilo modro δ-območje sosednjega atoma ali molekule. To bo dodatno deformiralo oblak, kot je razvidno iz C (jedro ni več v sredini, ampak na desni). Nato pride točka, ko se oba oblaka dotakneta in "odskočita", vendar dovolj počasi, da ju nekaj časa držita skupaj.

Zato so londonske sile obratno sorazmerne z razdaljo d. Dejansko je faktor enak d ⁷ , zato bo rahlo nihanje razdalje med obema atomoma ali molekulama oslabilo ali okrepilo londonsko disperzijo.

Neposredno je sorazmerna z molekulsko maso

Kako povečati velikost oblakov, da se lažje polarizirajo? Dodajanje elektronov in za to mora imeti jedro več protonov in nevtronov, s čimer se poveča atomska masa; ali dodajanje atomov v hrbtenico molekule, kar bi posledično povečalo njegovo molekularno maso

Na ta način bi jedra ali molekularno okostje manj verjetno ves čas ostala enakomerna. Zato so večji zeleni krogi, ki jih obravnavajo v A, B in C, bolj polarizirani bodo in večje bodo tudi njihove interakcije londonskih sil.

Ta učinek je jasno opazen med B in C in bi lahko bil še toliko večji, če bi bili krogi večjega premera. Ta sklep je ključen za razlago fizikalnih lastnosti mnogih spojin na podlagi njihovih molekulskih mas.

Primeri londonskih sil

Vir: Pxhere

V naravi

V vsakdanjem življenju je nešteto primerov londonskih sil za razpršitev, ne da bi se najprej morali podati v mikroskopski svet.

Eden najpogostejših in presenetljivih primerov najdemo v nogah plazilcev, znanih kot gekoni (zgornja slika) in pri številnih žuželkah (tudi pri Spidermanu).

Na nogah imajo blazinice, iz katerih štrli na tisoče majhnih nitk. Na sliki lahko vidite gekona, ki pozira na pobočju skale. Da bi to dosegli, izkoristi medmolekulske sile med skalo in nitkami njenih nog.

Vsaka od teh nitk slabo vpliva na površino, na katero se povzpne mali plazilec, a ker jih je na tisoče, izvajajo silo, sorazmerno s površino nog, dovolj močno, da ostanejo pritrjeni in se lahko vzpenjajo. Gekoni so sposobni plezati tudi po gladkih in popolnih površinah, kot so steklo.

Alkanes

Alkani so nasičeni ogljikovodiki, ki medsebojno delujejo tudi londonske sile. Njihove molekularne strukture preprosto sestavljajo ogljik in vodik, ki sta združena z enojnimi vezmi. Ker je razlika v elektronegativnostih med C in H zelo majhna, gre za apolarne spojine.

Tako metan CH ₄ , najmanjši ogljikovodik vseh, zavre pri -161.7ºC. Ko sta C in H dodana skeletu, dobimo druge alkane z večjo molekularno maso.

Na ta način nastajajo etan (-88,6ºC), butan (-0,5ºC) in oktan (125,7ºC). Opazite, kako se njihove vrelišča povečujejo, ko se alkani težji.

To je zato, ker so njihovi elektronski oblaki bolj polarizirani in njihove strukture imajo večjo površino, kar poveča stik med njihovimi molekulami.

Oktan, čeprav apolarna spojina, ima višje vrelišče kot voda.

Halogeni in plini

Londonske sile so prisotne tudi v številnih plinastih snoveh. Na primer, molekule N ₂ , H ₂ , CO ₂ , F ₂ , Cl ₂ in vse žlahtnih plinih, vstopata v interakcijo preko te sile, saj so povezane homogeno elektrostatični porazdelitev, ki se lahko opravijo trenutnih dipole in privede do polarizacij.

Plemeniti plini so He (helij), Ne (neon), Ar (argon), Kr (kripton), Xe (ksenon) in Rn (radon). Z leve proti desni se njihova vrelišča povečujejo s povečanjem atomske mase: -269, -246, -186, -152, -108 in -62 ºC.

Tudi halogeni delujejo prek teh sil. Fluor je plin pri sobni temperaturi tako kot klor. Brom z večjo atomsko maso najdemo v normalnih pogojih kot rdečkasto tekočino, jod pa končno tvori vijolično trdno snov, ki se hitro sublimira, ker je težja od drugih halogenov.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str 452-455.
2. Angel Mendez. (22. maj 2012). Disperzijske sile (iz Londona). Pridobljeno: quimica.laguia2000.com
3. Londonske disperzijske sile. Pridobljeno: chem.purdue.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, dr. (22. junij 2018). 3 Vrste medmolekulskih sil. Pridobljeno: misel.com
5. Ryan Ilagan in Gary L Bertrand. London Disperzijske interakcije. Izvedeno iz: chem.libretexts.org
6. ChemPages Netorials. Londonske sile. Pridobljeno: chem.wisc.edu
7. Kamereon. (22. maj 2013). Geckos: Geko in sile Van der Waalsa. Pridobljeno: almabiologica.com