London ima značajke i primjere
snage Londona, Londonske disperzijske sile ili dipol-inducirane-dipolne interakcije su najslabija vrsta intermolekularnih interakcija. Njegovo ime je zbog doprinosa fizičara Fritza Londona i njegovih studija na području kvantne fizike.
Londonske snage objašnjavaju interakciju molekula čije strukture i atomi onemogućavaju stvaranje stalnog dipola; to jest, u osnovi se odnosi na nepolarne molekule ili atome izolirane iz plemenitih plinova. Za razliku od ostalih Van der Waalsovih sila, zahtijeva ekstremno kratke udaljenosti.
Dobra fizička analogija Londonskih sila može se naći u radu Velcro sustava zatvaranja (gornja slika). Pritiskom na jednu stranu tkanine vezene kukom, a drugu s vlaknima, stvara se privlačna sila koja je proporcionalna površini tkanina.
Jednom kad su obje strane zapečaćene, mora se izvršiti sila kako bi se suprotstavili njihovim interakcijama (koje su načinili naši prsti) kako bi ih razdvojili. Isto vrijedi i za molekule: što su više voluminozne ili ravne, to su veće intermolekularne interakcije na vrlo kratkim udaljenostima..
Međutim, nije uvijek moguće približiti te molekule na udaljenosti koja je dovoljno blizu da bi njihove interakcije bile značajne.
Kada je to slučaj, one zahtijevaju vrlo niske temperature ili vrlo visoke pritiske; kao takav to je slučaj s plinovima. Također, ova vrsta interakcija može biti prisutna u tekućim tvarima (kao što je n-heksan) i krutinama (kao što je jod).
indeks
- 1 Značajke
- 1.1 Jednaka raspodjela opterećenja
- 1.2 Polarizabilnost
- 1.3 Obrnuto je proporcionalno udaljenosti
- 1.4 On je izravno proporcionalan molekulskoj masi
- 2 Primjeri londonskih snaga
- 2.1 U prirodi
- 2.2 Alkani
- 2.3 Halogeni i plinovi
- 3 Reference
značajke
Koje karakteristike mora imati jedna molekula kako bi mogla djelovati preko londonskih snaga? Odgovor je da bi to svatko mogao učiniti, ali kada postoji stalni dipolni trenutak, dipol-dipolne interakcije prevladavaju više od disperzijskih interakcija, pridonoseći vrlo malo fizičkoj prirodi tvari.
U strukturama u kojima nema visoko elektronegativnih atoma ili čija je raspodjela elektrostatičkog naboja homogena, nema kraja ili područja koji se može smatrati bogatim (δ-) ili siromašnim (δ +) u elektronima.
U tim slučajevima mora se intervenirati druga vrsta sila ili u protivnom ti spojevi mogu postojati samo u plinskoj fazi, bez obzira na to koji su uvjeti tlaka ili temperature na njima..
Homogena raspodjela opterećenja
Dva izolirana atoma, kao što su neon ili argon, imaju homogenu distribuciju naboja. To se može vidjeti na slici A, gornjoj slici. Bijeli krugovi u središtu predstavljaju jezgre, za atome ili molekularni kostur za molekule. Ova raspodjela naboja može se smatrati oblakom elektrona zelene boje.
Zašto plemeniti plinovi ispunjavaju ovu homogenost? Zato što je njihov elektronički sloj potpuno ispunjen, pa njihovi elektroni moraju teoretski osjedati naboje privlačnosti jezgre u svim orbitalima jednako.
Za razliku od drugih plinova, kao što je atomski kisik (O), njegov je sloj nepotpun (što se promatra u njegovoj elektronskoj konfiguraciji) i tjera ga da formira dijatomejsku molekulu O2 kompenzirati taj nedostatak.
Zeleni krugovi A također mogu biti molekule, male ili velike. Njegov oblak elektrona kruži oko svih atoma koji ga tvore, osobito onih elektronegativnijih. Oko ovih atoma oblak će se koncentrirati i biti negativniji, dok će ostali atomi imati elektronički nedostatak.
Međutim, ovaj oblak nije statičan, već dinamičan, tako da će u nekom trenutku biti kratkih područja δ- i δ +, a fenomen koji se naziva polarizacija.
polarizabilnost
U A oblak zelene boje ukazuje na homogenu raspodjelu negativnog naboja. Međutim, pozitivna privlačna sila koju vrši jezgra može oscilirati na elektronima. To uzrokuje deformaciju oblaka čime se stvaraju područja δ-, plava i δ +, žuta.
Ovaj iznenadni dipolni moment u atomu ili molekuli može iskriviti susjedni elektronski oblak; drugim riječima, ona inducira iznenadni dipol na svom susjedu (B, gornja slika).
To je zbog toga što područje δ - ometa susjedni oblak, njegovi elektroni osjećaju elektrostatičko odbijanje i orijentirani su na suprotnom polu, pojavljujući se δ+.
Zabilježite kako se pozitivni i negativni polovi poravnavaju, kao i molekule s trajnim dipolnim momentima. Što je elektronički oblak voluminozniji, kernel će ga držati homogenim u prostoru; i također, veća je deformacija iste, kao što se vidi u C.
Stoga je malo vjerojatno da će atomi i male molekule biti polarizirani bilo kojom česticom u njihovoj okolini. Primjer za ovu situaciju ilustrira mala molekula vodika, H2.
Da bi se kondenziralo, ili čak više, kristaliziralo, potrebni su joj prekomjerni pritisci kako bi svoje molekule prisilile na fizičku interakciju.
To je obrnuto proporcionalno udaljenosti
Čak i ako se formiraju trenutni dipoli koji potiču druge oko njih, oni nisu dovoljni da drže atome ili molekule zajedno.
U B postoji udaljenost d koji razdvaja dva oblaka i njihove dvije jezgre. Tako da oba dipola mogu ostati na određeno vrijeme, ta udaljenost d ona mora biti vrlo mala.
Ovaj uvjet mora biti ispunjen, što je bitna karakteristika londonskih snaga (zapamtite zatvaranje čičak), tako da ima primjetan učinak na fizička svojstva materijala.
jednom d biti mala, jezgra lijeve strane u B će početi privlačiti plavu regiju δ- susjednog atoma ili molekule. To će dodatno deformirati oblak, kao što se vidi u C (jezgra više nije u središtu, već desno). Zatim dolazi točka u kojoj oba oblaka dodiruju i "odbijaju se", ali dovoljno sporo da ih neko vrijeme spoje.
Stoga su londonske snage obrnuto proporcionalne udaljenosti d. Zapravo, faktor je jednak d7, tako će minimalna varijacija udaljenosti između atoma ili molekula oslabiti ili ojačati disperziju Londona.
On je izravno proporcionalan molekularnoj masi
Kako povećati veličinu oblaka kako bi se lakše polarizirali? Dodavanje elektrona i za to da jezgra mora imati više protona i neutrona, čime se povećava atomska masa; ili dodavanjem atoma u kostur molekule, što bi zauzvrat povećalo njegovu molekularnu masu
Na taj način, manje je vjerojatno da će jezgra ili molekularni kostur održavati uniformni elektronski oblak cijelo vrijeme. Prema tome, što su veći zeleni krugovi razmatrani u A, B i C, to će biti više polarizabilni i veća će biti njihova interakcija s londonskim snagama.
Taj je učinak jasno uočen između B i C, a mogao bi biti i veći ako bi krugovi bili veći u promjeru. Ovo razmišljanje je ključno za objašnjenje fizikalnih svojstava mnogih spojeva prema njihovim molekularnim masama.
Primjeri londonskih snaga
U prirodi
U svakodnevnom životu postoje bezbrojni primjeri londonskih disperzijskih sila bez potrebe da se u prvom redu upustimo u mikroskopski svijet.
Jedan od najčešćih i iznenađujućih primjera nalazi se u nogama reptila poznatim kao geckos (top image) iu mnogim insektima (također u Spidermanu).
U svojim nogama imaju jastučiće od kojih strše tisuće malih vlakana. Na slici možete vidjeti gekona koji pozira na padini stijene. Da bi se to postiglo, koristi se intermolekularne sile između stijene i vlakana njegovih nogu.
Svaka od tih vlakana slabo komunicira s površinom na kojoj se nalaze male gmazove, ali budući da su tisuće njih, one djeluju sile proporcionalne području njihovih nogu, dovoljno snažne da ostanu pričvršćene i sposobne za penjanje. Geckosi su također sposobni penjati se glatkim i savršenim površinama poput kristala.
alkani
Alkani su zasićeni ugljikovodici koji također djeluju u Londonu. Njihove molekularne strukture sastoje se jednostavno od ugljika i vodika povezanih jednostavnim vezama. S obzirom da je razlika elektronegativnosti između C i H vrlo mala, oni su nepolarni spojevi.
Dakle, metan, CH4, najmanji ugljikovodik od svih, vrije na -161.7ºC. Kako se C i H dodaju kosturu, dobivaju se drugi alkani s višim molekularnim masama.
Na taj način nastaju etan (-88,6 ° C), butan (-0,5 ° C) i oktan (125,7 ° C). Primijetite kako se točke vrenja povećavaju kako alkani postaju teži.
To je zato što su njihovi elektronski oblaci polarizabilniji i njihove strukture imaju veću površinu koja povećava kontakt između njihovih molekula.
Octan, iako je nepolarni spoj, ima višu točku vrenja od vode.
Halogeni i plinovi
Londonske snage su također prisutne u mnogim plinovitim tvarima. Na primjer, N molekula2, H2, CO2, F2, cl2 i svi plemeniti plinovi, međusobno djeluju tim silama, budući da predstavljaju homogenu elektrostatičku distribuciju, koja može pretrpjeti trenutne dipole i dovesti do polarizacije.
Plemeniti plinovi su He (helij), Ne (neon), Ar (argon), Kr (kripton), Xe (ksenon) i Rn (radon). S lijeva na desno povećavaju se točke vrenja s porastom atomskih masa: -269, -246, -186, -152, -108 i -62 ºC.
Halogeni također djeluju preko tih sila. Fluor je plin na sobnoj temperaturi, kao i klor. Brom, s većom atomskom masom, u normalnim je uvjetima crvenkasta tekućina, a jod konačno tvori ljubičastu krutinu koja se brzo sublimira jer je teža od ostalih halogena.
reference
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izdanje). CENGAGE Learning, str. 452-455.
- Ángeles Méndez. (22. svibnja 2012.) Snage disperzije (iz Londona). Preuzeto s: quimica.laguia2000.com
- London Dispersion Forces. Preuzeto s: chem.purdue.edu
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. lipnja 2018.) 3 Vrste međumolekulskih sila. Preuzeto s: thoughtco.com
- Ryan Ilagan i Gary L Bertrand. Interakcije disperzije u Londonu. Preuzeto s: chem.libretexts.org
- ChemPages Netorials. Londonske snage. Preuzeto s: chem.wisc.edu
- Kamereon. (22. svibnja 2013.) Gecko: Gecko i Van der Waalsove snage. Preuzeto s: almabiologica.com