Лондон издига характеристики и примери



на силите на Лондон, Дисперсионните сили на Лондон или диполно-индуцираните диполни взаимодействия са най-слабият тип междумолекулни взаимодействия. Името му се дължи на приноса на физик Фриц Лондон и неговите изследвания в областта на квантовата физика.

Силите на Лондон обясняват как молекулите взаимодействат, чиито структури и атоми правят невъзможно да се формира постоянен дипол; това се отнася основно до аполарните молекули или до атомите, изолирани от благородните газове. За разлика от другите сили на Ван дер Ваалс, това изисква изключително къси разстояния.

Една добра физическа аналогия на лондонските сили може да бъде намерена в работата на системата за затваряне на велкро (горното изображение). Чрез натискане на едната страна на тъканта, бродирана с куки, а другата с влакна, се създава привлекателна сила, пропорционална на площта на тъканите.

След като двете страни са запечатани, трябва да се приложи сила, която да противодейства на техните взаимодействия (направени от пръстите ни), за да ги разделят. Същото се отнася и за молекулите: колкото по-обемни или плоски са те, толкова по-големи са техните междумолекулни взаимодействия на много къси разстояния..

Обаче, не винаги е възможно тези молекули да се сближат на разстояние, достатъчно близо, за да могат техните взаимодействия да бъдат значителни.

Когато това е така, те изискват много ниски температури или много високи налягания; като такъв е случаят с газовете. Също така този тип взаимодействия могат да присъстват в течни вещества (като n-хексан) и твърди вещества (като йод).

индекс

  • 1 Характеристики
    • 1.1 Еднородно разпределение на натоварването
    • 1.2 Поляризуемост
    • 1.3 Тя е обратно пропорционална на разстоянието
    • 1.4 Тя е пряко пропорционална на молекулната маса
  • 2 Примери за силите на Лондон
    • 2.1 В природата
    • 2.2 Алкани
    • 2.3 Халогени и газове
  • 3 Препратки

функции

Какви характеристики трябва да има една молекула, за да може да взаимодейства чрез силите на Лондон? Отговорът е, че всеки може да го направи, но когато има постоянен диполен момент, дипол-диполните взаимодействия преобладават повече от дисперсионните взаимодействия, като допринасят много малко за физическата природа на веществата.

В структури, в които няма силно електроотрицателни атоми или чието разпределение на електростатичен заряд е хомогенен, няма край или област, която може да се счита за богата (δ-) или лоша (δ +) в електроните.

В тези случаи трябва да се намеси друг тип сили или по друг начин тези съединения могат да съществуват само в газовата фаза, независимо от това какви са условията на налягане или температура, които работят върху тях..

Разпределение на хомогенното натоварване

Два изолирани атома, като неон или аргон, имат хомогенно разпределение на заряда. Това може да се види в изображение А, отгоре. Белите кръгове в центъра представляват ядрата, за атомите или молекулярния скелет на молекулите. Това разпределение на заряда може да се разглежда като облак от електрони със зелен цвят.

Защо благородните газове отговарят на тази хомогенност? Защото техният електронен слой е напълно запълнен, така че техните електрони трябва теоретично да усетят заряда на привличането на ядрото във всички орбитали еднакво.

За разлика от други газове, като атомния кислород (О), неговият слой е непълен (който се наблюдава в електронната му конфигурация) и го принуждава да образува двуатомната молекула О2 да компенсира този недостатък.

Зелените кръгове на А също могат да бъдат молекули, малки или големи. Нейният облак от електрони обикаля около всички атоми, които го съставят, особено по-електроотрицателните. Около тези атоми облакът ще се концентрира и ще бъде по-негативен, докато други атоми ще имат електронен дефицит.

Въпреки това, този облак не е статичен, а динамичен, така че в някакъв момент ще има кратки региони δ- и δ +, и феномен, наречен поляризация.

поляризуемост

В А облакът от зелен цвят показва хомогенно разпределение на отрицателния заряд. Въпреки това, положителната сила на привличане, упражнявана от ядрото, може да осцилира върху електроните. Това води до деформация на облака, като по този начин се създават области δ-, сини и δ +, жълти.

Този внезапен диполен момент в атома или молекулата може да наруши съседния електронен облак; с други думи, той предизвиква внезапен дипол на съседния си (B, top image).

Това е така, защото регионът δ - нарушава съседния облак, неговите електрони усещат електростатичното отблъскване и са ориентирани в противоположния полюс, появявайки се δ+.

Забележете как позитивните и отрицателните полюси се подравняват, както и молекулите с постоянни диполни моменти. Колкото по-обемно е електронният облак, толкова по-трудно ядрото ще го поддържа хомогенно в пространството; и също така, колкото по-голяма е деформацията на същата, както се вижда в С.

Следователно, малко вероятно е атомите и малките молекули да бъдат поляризирани от всяка частица в тяхната среда. Пример за тази ситуация е илюстрирана от малката водородна молекула Н2.

За да кондензира, или дори повече, да кристализира, тя се нуждае от прекомерно налягане, за да принуди молекулите си да взаимодействат физически.

Тя е обратно пропорционална на разстоянието

Дори ако се образуват мигновени диполи, които предизвикват другите около тях, те не са достатъчни, за да държат атомите или молекулите заедно.

В B има разстояние г който разделя двете облаци и двете им ядра. Така че и двата дипола могат да останат за определено време, това разстояние г тя трябва да е много малка.

Това условие трябва да бъде изпълнено, съществена характеристика на силите на Лондон (запомнете затварянето на велкро), така че да има забележим ефект върху физическите свойства на материала..

веднъж г да бъде малък, ядрото на лявото в В ще започне да привлича синята област δ- на съседния атом или молекула. Това допълнително ще деформира облака, както се вижда в С (ядрото вече не е в центъра, а вдясно). След това идва точка, в която и двата облака докосват и "скачат", но на достатъчно бавен, за да ги съберат за известно време.

Затова силите на Лондон са обратно пропорционални на разстоянието г. Всъщност факторът е равен на г7, така че минималното изменение на разстоянието между атомите и молекулите ще отслаби или засили дисперсията на Лондон.

Тя е пряко пропорционална на молекулната маса

Как да увеличим размера на облаците, така че те да се поляризират по-лесно? Добавяне на електрони и за това ядрото трябва да има повече протони и неутрони, като по този начин се увеличава атомната маса; или чрез добавяне на атоми към скелета на молекулата, което от своя страна ще увеличи нейната молекулна маса

По този начин ядрата или молекулярният скелет биха имали по-малка вероятност да поддържат електронния облак равномерен през цялото време. Ето защо, колкото по-големи са зелените кръгове, разглеждани в А, В и С, толкова по-поляризиращи ще бъдат те и по-голямо ще бъде тяхното взаимодействие от силите на Лондон..

Този ефект се наблюдава ясно между В и С и може да бъде още по-голям, ако кръговете са по-големи в диаметър. Това разсъждение е ключово за обяснение на физичните свойства на много съединения в зависимост от техните молекулярни маси.

Примери за сили в Лондон

В природата

В ежедневието има безбройни примери за дисперсионните сили на Лондон, без да е необходимо да се впускат в микроскопичния свят.

Един от най-често срещаните и изненадващи примери е открит в краката на влечугите, известни като гекони (top image) и в много насекоми (също и в Spiderman).

В краката им има подложки, от които изпъкват хиляди малки нишки. В изображението може да видите гекон, позиращ на склона на скала. За да постигне това, той използва междумолекулните сили между скалата и нишките на краката му.

Всяка от тези нишки взаимодейства слабо с повърхността, върху която мащабват малките влечуги, но тъй като те са хиляди, те упражняват сила, пропорционална на областта на краката си, достатъчно силна, за да остане прикрепена и способна да се изкачи. Геконите са способни да изкачват гладки и перфектни повърхности като тези на кристалите.

алкани

Алканите са наситени въглеводороди, които също взаимодействат с лондонските сили. Техните молекулярни структури се състоят просто от въглеродни атоми и водород, свързани с прости връзки. Като се има предвид, че разликата в електронегативността между C и H е много малка, те са неполярни съединения.

Така че, метан, СН4, най-малкият въглеводород от всички, кипи при -161.7ºC. Когато С и Н се добавят към скелета, се получават други алкани с по-високи молекулни маси.

По този начин възникват етан (-88,6 ° С), бутан (-0,5 ° С) и октан (125,7 ° С). Забележете как точките на кипене се увеличават, когато алканите стават по-тежки.

Това е така, защото техните електронни облаци са по-поляризиращи и техните структури имат по-голяма повърхностна площ, която увеличава контакта между техните молекули.

Октанът, въпреки че е неполярно съединение, има по-висока точка на кипене от водата.

Халогени и газове

Силите на Лондон също присъстват в много газообразни вещества. Например, N молекули2, Н2, CO2, F2, Cl2 и всички благородни газове, взаимодействат от тези сили, тъй като те представляват хомогенно електростатично разпределение, което може да понесе мигновени диполи и да доведе до поляризация.

Благородните газове са He (хелий), Ne (неон), Ar (аргон), Kr (криптон), Xe (ксенон) и Rn (радон). От ляво на дясно, нейните точки на кипене нарастват с увеличаването на атомните маси: -269, -246, -186, -152, -108 и -62 ºC.

Халогените също взаимодействат чрез тези сили. Флуорът е газ при стайна температура, точно като хлор. Бромът, с по-голяма атомна маса, е в нормални условия като червеникава течност, а накрая йодът образува пурпурно твърдо вещество, което бързо сублимира, защото е по-тежко от другите халогени..

препратки

  1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Learning, стр. 452-455.
  2. Анхелес Мендес. (22 май 2012 г.) Сили на дисперсията (от Лондон). Изтеглено от: quimica.laguia2000.com
  3. Сили за дисперсия в Лондон. Изтеглено от: chem.purdue.edu
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 юни 2018 г.). 3 Видове междумолекулни сили. Изтеглено от: thoughtco.com
  5. Ryan Ilagan & Gary L Bertrand. Взаимодействия в Лондон. Взето от: chem.libretexts.org
  6. ChemPages Netorials. Лондонските сили. Възстановен от: chem.wisc.edu
  7. Kamereon. (22 май 2013 г.). Гекко: Силите на гекон и Ван дер Ваалс. Взето от: almabiologica.com