כוחות לונדון תכונות ודוגמאות

ה הכוחות של לונדון, כוחות פיזור לונדון או אינטראקציות דיפול המושרה דיפול, הם סוג חלש של אינטראקציות intermolecular. שמו הוא בזכות תרומתו של הפיזיקאי פריץ לונדון ולימודיו בתחום הפיזיקה הקוונטית.

הכוחות של לונדון מסבירים כיצד מולקולות מקיימות את המבנים והאטומים שלהן ואינן מאפשרות ליצור דיפול קבוע; כלומר, זה בעצם חל על מולקולות אפולריות או אטומים מבודדים גזים אצילי. שלא כמו כוחות ואן דר ואלס האחרים, זה דורש מרחקים קצרים מאוד.

אנלוגיה פיזית טובה של כוחות לונדון ניתן למצוא במבצע של מערכת הסגר וולקרו (התמונה העליונה). על ידי לחיצה על צד אחד של הבד רקומה עם ווים, ואת השני עם סיבים, כוח אטרקטיבי נוצר כי פרופורציונלי לאזור של בדים.

לאחר שני הצדדים סגורים, יש להפעיל כוח כדי לנטרל את האינטראקציות שלהם (שנעשו על ידי אצבעותינו) כדי להפריד ביניהם. כנ"ל לגבי המולקולות: ככל שהן גדולות יותר או גדולות יותר, כך האינטראקציה הבין-מולקולרית שלהן במרחקים קצרים מאוד.

עם זאת, לא תמיד ניתן להשוות את המולקולות האלה במרחק קרוב מספיק כדי אינטראקציות שלהם להיות ניכרת.

כאשר זה המצב, הם דורשים טמפרטורות נמוכות מאוד או לחצים גבוהים מאוד; ככזה הוא מקרה של גזים. כמו כן, סוג זה של אינטראקציות יכול להיות נוכח בחומרים נוזליים (כגון n-hexane) ומוצקים (כגון יוד).

אינדקס

• 1 מאפיינים
  • 1.1 התפלגות עומס אחידה
  • 1.2 קיטוב
  • 1.3 הוא הפוך ביחס למרחק
  • 1.4 הוא פרופורציונלי ישירות המסה המולקולרית
• 2 דוגמאות לכוחות לונדון
  • 2.1 בטבע
  • 2.2 אלקנים
  • 2.3 הלוגנים וגזים
• 3 הפניות

תכונות

אילו מאפיינים יש למולקולה כדי שיוכלו לפעול באמצעות כוחותיה של לונדון? התשובה היא שכל אחד יכול לעשות את זה, אבל כאשר יש רגע דיפול קבוע, אינטראקציות דיפול דיפול שולטים יותר אינטראקציות פיזור, תורמים מעט מאוד את הטבע הפיזי של החומרים.

במבנים שבהם אין אטומים electronegative מאוד או אשר ההפצה של תשלום אלקטרוסטטי הוא הומוגני, אין סוף או אזור זה יכול להיחשב עשיר (δ-) או עניים (δ +) ב אלקטרונים.

במקרים אלה, סוג אחר של כוחות חייב להתערב או אחרת תרכובות אלה יכולים להתקיים רק בשלב הגז, ללא קשר אפילו מה הלחץ או תנאי הטמפרטורה פועלים עליהם..

חלוקת עומס הומוגנית

שני אטומים מבודדים, כגון ניאון או ארגון, יש חלוקת תשלום הומוגנית. ניתן לראות זאת בתמונה העליונה. המעגלים הלבנים במרכז מייצגים את הגרעינים, את האטומים או את השלד המולקולרי, עבור המולקולות. זו הפצה תשלום יכול להיחשב ענן של אלקטרונים של צבע ירוק.

מדוע גזים אצילים ממלאים את ההומוגניות הזו? כי יש להם את שכבת אלקטרונית מלאה לחלוטין, ולכן האלקטרונים שלהם חייב תיאורטית להרגיש את המטען של האטרקציה של הגרעין בכל אורביטלים שווה.

בניגוד גזים אחרים, כגון חמצן אטומי (O), שכבת שלה אינו שלם (אשר נצפתה תצורה אלקטרונית שלה) וכוחות אותו כדי ליצור את המולקולה diatomic O₂ כדי לפצות על מחסור זה.

עיגולים ירוקים של A יכול להיות גם מולקולות, קטנות או גדולות. ענן האלקטרונים שלה מקיף את כל האטומים שמרכיבים אותו, במיוחד את האלקטרונים החשמליים יותר. בסביבות האטומים הללו הענן יתרכז ויהיה שלילי יותר, בעוד שלאטומים אחרים יהיה חסר אלקטרוני.

עם זאת, ענן זה אינו סטטי אלא דינמי, כך שבשלב מסוים יהיו אזורים קצרים δ ו- δ +, ותופעה הנקראת קיטוב.

פולריות

ב A ענן של צבע ירוק מצביעים על הפצה הומוגנית של מטען שלילי. עם זאת, כוח משיכה חיובי המופעל על ידי הגרעין יכול להתנדנד על האלקטרונים. זה גורם דפורמציה של הענן ובכך ליצור אזורים δ, כחול, ו δ +, צהוב.

זה רגע דיפול פתאומי באטום או מולקולה יכול לעוות ענן אלקטרוניים סמוכים; במילים אחרות, זה גורם דיפול פתאומי על השכן שלה (B, התמונה העליונה).

הסיבה לכך היא כי האזור δ- הפרעות הענן הסמוך, האלקטרונים שלה מרגישים את הדחייה אלקטרוסטטית מכוונים בקוטב ההפוך, המופיעים δ+.

שים לב כיצד מוטות חיוביים ושליליים ליישר, כמו לעשות מולקולות עם רגעים קבועים דיפול. ככל שהענן האלקטרוני יהיה גדול יותר, כך הקרנל יהיה קשה יותר לשמור אותו בהומוגניות; וגם, כך גדל עיוות של אותו, כפי שניתן לראות ב C.

לכן, אטומים ומולקולות קטנות אינם צפויים להיות מקוטבים על ידי כל חלקיק בסביבתם. דוגמה למצב זה מתוארת על ידי מולקולת המימן הקטנה, H₂.

כדי לעבות, או אפילו יותר, להתגבש, הוא צריך לחצים מופרזים לכפות מולקולות שלה אינטראקציה פיזית.

זה הפוך ביחס הפוך למרחק

גם אם דיפולות מיידיות נוצרות המפעילות אחרים סביבן, הן אינן מספקות להחזיק את האטומים או המולקולות יחד.

ב 'יש מרחק ד המפריד בין שני העננים ושני הגרעינים שלהם. אז שני dipoles יכול להישאר זמן נחשב, זה המרחק ד זה חייב להיות קטן מאוד.

תנאי זה חייב להתממש, מאפיין חיוני של כוחות של לונדון (זוכר את הסגר Velcro), כך יש השפעה ניכרת על התכונות הפיזיות של החומר.

פעם אחת ד יהיה קטן, גרעין השמאל ב B יתחיל למשוך את האזור הכחול δ- של האטום השכנה או המולקולה. זה יהיה עוד לעוות את הענן, כפי שניתן לראות ב C (הליבה היא כבר לא במרכז אבל בצד ימין). ואז, מגיע לנקודה שבה שני עננים נוגעים "להקפיץ", אבל באיטיות מספיק כדי לקבל אותם יחד במשך זמן מה.

לכן, כוחות לונדון נמצאים ביחס הפוך למרחק ד. למעשה, הגורם שווה ד⁷, כך וריאציה מינימלית של המרחק בין אטומים או מולקולות יחליש או יחזק את הפיזור של לונדון.

זה יחסית פרופורציונלי המסה המולקולרית

כיצד להגדיל את גודל העננים כך שהם מקוטבים בקלות רבה יותר? הוספת אלקטרונים, ועל כך הגרעין חייב להיות יותר פרוטונים ונייטרונים, ובכך להגדיל את המסה האטומית; או, על ידי הוספת אטומים לשלד של המולקולה, אשר בתורו יגדיל המסה המולקולרית שלה

בדרך זו, הגרעינים או השלד המולקולרי יהיו נוטים פחות להחזיק את מדי העננים האלקטרוניים כל הזמן. לכן, ככל שהמעגלים הירוקים גדולים יותר בחשבון A, B ו- C, כך הם יהיו יותר מקוטבים, וגדולים יותר האינטראקציות שלהם על ידי כוחות לונדון.

השפעה זו נצפית בבירור בין B ו- C, והוא יכול להיות אפילו יותר אם המעגלים היו קוטר גדול יותר. נימוק זה הוא המפתח כדי להסביר את התכונות הפיסיקליות של תרכובות רבות על פי ההמונים המולקולריים שלהם.

דוגמאות לכוחות לונדון

בטבע

בחיי היומיום יש אינספור דוגמאות לכוחות הפיצול של לונדון, ללא צורך, במקרה הראשון, להיכנס לעולם המיקרוסקופי.

אחת הדוגמאות הנפוצות והמפתיעות ביותר נמצאה ברגליים של זוחלים הידועים בשם שממיות (תמונה עליונה) ובחרקים רבים (גם בסידמן).

ברגליים יש להם כריות שבהן אלפי חוטים קטנים בולטים. בתמונה ניתן לראות שממית פוזרת על מדרון סלע. כדי להשיג זאת, הוא עושה שימוש בכוחות intermolecular בין הסלע לבין חוטי הרגליים.

כל אחד מהחוטים הללו מתקיים בחולשה עם המשטח שעליו זוחלים הקשקשים הקטנים, אך מכיוון שהם אלפי אלפים, הם מפעילים כוח יחסי לאזור הרגליים, חזק מספיק כדי להישאר מחובר ויכול לטפס. שממיות הם גם מסוגלים לטפס על משטחים חלקה מושלמת כמו אלה של גבישים.

אלקאנים

Alkanes הם פחמימנים רוויים כי גם אינטראקציה על ידי כוחות לונדון. המבנים המולקולריים שלהם מורכבים פשוט מפחמנים ומימן המקושרים באמצעות קשרים פשוטים. בהתחשב בכך ההבדל של electronegativities בין C ו- H הוא קטן מאוד, הם תרכובות apolar.

אז, מתאן, CH₄, הפחמימנים הקטנים מכולם, מסתכמים ב -161.7 מעלות צלסיוס. כמו C ו- H מתווספים השלד, אלקנים אחרים עם המוני מולקולריים גבוהים מתקבלים.

בדרך זו, אתאן (-88.6 מעלות צלזיוס), בוטאן (-0.5 מעלות צלסיוס) ו אוקטן (125.7 מעלות צלזיוס) להתעורר. שימו לב איך להגדיל נקודות רותחים כמו alkanes לקבל כבד.

הסיבה לכך היא העננים האלקטרוניים שלהם הם polarizable יותר מבנים שלהם יש שטח הפנים גדול יותר אשר מגדילים את הקשר בין המולקולות שלהם.

אוקטן, אם כי הוא מתחם אפולרי, יש נקודת רתיחה גבוהה יותר מאשר מים.

הלוגנים וגזים

כוחות לונדון נמצאים גם בחומרים גזי רבים. לדוגמה, N מולקולות₂, ח₂, CO₂, F₂, Cl₂ ואת כל הגזים אצילי, אינטראקציה על ידי כוחות אלה, שכן הם מציגים הפצה אלקטרוסטטית הומוגנית, אשר עלולים לסבול dipoles מיידיות ולהביא קיטוב.

הגזים האצילים הם (הליום), Ne (ניאון), Ar (ארגון), Kr (קריפטון), Xe (קסנון) ו- Rn (ראדון). משמאל לימין, נקודות הרתיחה שלה גדלות עם הגידול של ההמונים האטומיים: -269, -246, -186, -152, -108, ו- ºC.

הלוגנים גם אינטראקציה באמצעות כוחות אלה. פלואור הוא גז בטמפרטורת החדר, בדיוק כמו כלור. הברום, בעל מסה אטומית גדולה יותר, נמצא בתנאים רגילים כמו נוזל אדמדם, והיצרן, בסופו של דבר, יוצר צורה סגולה, הנמצאת במהירות רבה, משום שהיא כבדה יותר מן הלוגנים האחרים.

הפניות

1. ויטן, דייוויס, פק & סטנלי. כימיה (8th ed.). CENGAGE למידה, p 452-455.
2. אנג'לס מנדז. (22 במאי 2012). כוחות פיזור (מלונדון). מקור:
3. פיזור לונדון. מקור: chem.purdue.edu
4. הלמנשטיין, אן מארי, Ph.D. (22 ביוני 2018). 3 סוגים של כוחות intermolecular. מקור: Thinkco.com
5. ריאן אילגן וגארי אל ברטראנד. פיזור לונדון אינטראקציות. נלקח מ: chem.libretexts.org
6. ChemPages Netorials. לונדון. מקור: chem.wisc.edu
7. קמריון. (22 במאי 2013). שממית: שממית ואן דר ואלס כוחות. מקור: almabiologica.com