ЛОНДОНСКЕ СНАГЕ: КАРАКТЕРИСТИКЕ И ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2025

Тхе Лондон силе , Лондон дисперзионе силе или индукован дипол дипол интеракције су најслабија врста међумолекулским интеракција. Име је добио по доприносу физичара Фритза Лондона и његовим студијама из области квантне физике.

Лондонске силе објашњавају како молекули међусобно делују, чије структуре и атоми онемогућавају му да формира стални дипол; то јест, у основи се односи на аполарне молекуле или на изоловане атоме племенитих гасова. За разлику од других Ван дер Ваалсових снага, ова захтева изузетно кратке удаљености.

Извор: Хадлеи Паул Гарланд преко Флицкр-а

Добра физичка аналогија лондонских снага може се наћи у раду система за затварање Велцро (слика горе). Притиском на једну страну везене тканине кукицама, а другу с влакнима, ствара се привлачна сила која је пропорционална површини тканине.

Једном када су оба лица запечаћена, мора се успоставити сила да се супротставе њиховим интеракцијама (направљеним нашим прстима) да би их раздвојиле. Исто се односи и на молекуле: што су волуминознији или равнији, веће су њихове интермолекуларне интеракције на врло кратким удаљеностима.

Међутим, није увек могуће приближити ове молекуле довољно блиским да би њихове интеракције биле уочљиве.

Када је то тако, потребне су им врло ниске температуре или врло високи притисци; као такав је случај са гасовима. Исто тако, ове врсте интеракција могу бити присутне у течним супстанцама (као што је н-хексан) и чврстим супстанцама (као што је јод).

карактеристике

Извор: Габриел Боливар

Које карактеристике мора имати молекул да би могао комуницирати користећи лондонске силе? Одговор је да би то могао учинити било ко, али када постоји трајни диполни тренутак, интеракције дипола и дипола превладавају више него распршене, доприносећи врло мало физичкој природи супстанци.

У структурама у којима нема високо електронегативних атома или чија је електростатичка расподјела набоја хомогена, не постоји екстрем или регија која се може сматрати богатом (δ-) или лошом (δ +) електронима.

У тим случајевима морају да интервенишу друге врсте сила или да другачије могу да постоје једињења у гасној фази, без обзира на притисак или температурне услове који делују на њих.

Хомогена расподјела оптерећења

Два изолована атома, као што је неон или аргон, имају хомогену дистрибуцију набоја. То се може видети на горњој слици А. Бели кругови у центру представљају језгра, за атоме, или молекуларни костур, за молекуле. Ова расподела набоја може се посматрати као облак зелених електрона.

Зашто племенити гасови одговарају овој хомогености? Пошто имају потпуно пуну електронску љуску, па би њихови електрони теоретски требали да осете привлачан набој језгре једнако у свим орбитама.

С друге стране, за друге гасове, као што је атомског кисеоника (О), његова схелл је непотпуна (која се посматра у својој електронској конфигурацији) и тера га да формира двоатомски молекул О ₂ да надокнади овај недостатак.

Зелени кругови у А могу бити и молекули, мали или велики. Његов електронски облак кружи око свих атома који га чине, посебно оних који су највише електронегативни. Око ових атома облак ће постати концентрисанији и негативнији, док ће остали атоми имати електронски недостатак.

Међутим, овај облак није статичан, већ је динамичан, па ће се у једном тренутку формирати кратки δ- и δ + региони, и појавит ће се феномен зван поларизација.

Поларизабилност

У А облак зелене боје означава хомогену дистрибуцију негативног набоја. Међутим, позитивна привлачна сила коју делује у језгру може осцилирати на електроне. То изазива деформацију облака, стварајући тако регионе δ-, у плавој и δ +, у жутој.

Овај изненадни диполни тренутак у атому или молекули може искривити суседни облак електрона; другим речима, изазива изненадни дипол свог суседа (Б, горња слика).

То је због чињенице да δ-регион узнемирава суседни облак, његови електрони осећају електростатичко одбијање и оријентисани су на супротни пол, појављујући се δ +.

Имајте на уму како се позитивни полови поравнавају са негативним, баш као што то раде и молекули са сталним диполним моментима. Што је електронски облак волуминознији, то ће језгро теже држати хомогеним у простору; и поред тога, већа је деформација, као што се види у Ц.

Због тога је мања вероватноћа да атоми и мали молекули буду поларизовани од било које честице у њиховом окружењу. Пример за ову ситуацију илуструје малих молекула водоника, Х ₂ .

Да би се кондензовала или још више кристализовала, потребни су јој претјерани притисци да присили његове молекуле да физички дјелују.

То је обрнуто пропорционално удаљености

Иако се формирају тренутачни диполи који индукују друге око њих, они нису довољни да држе атоме или молекуле заједно.

У Б постоји удаљеност д која раздваја два облака и њихова два језгра. Да би оба дипола могла остати током одређеног времена, ово растојање д мора бити врло мало.

Овај услов, суштинска карактеристика лондонских сила (сјетите се затварања чичак), мора бити испуњен како би имао видљив учинак на физичка својства материје.

Једном када је д мало, језгро са леве стране у Б почеће да привлачи плаву δ-регију суседног атома или молекула. То ће додатно деформисати облак, као што се види на Ц (језгро више није у центру, него десно). Затим долази тачка у којој се оба облака додирују и „одбијају“, али довољно споро да их неко време држе заједно.

Стога су лондонске снаге обрнуто пропорционалне удаљености д. Заправо, фактор је једнак д ⁷ , тако да ће мала варијација удаљености између два атома или молекула ослабити или појачати лондонско расипање.

Директно је пропорционалан молекулској маси

Како повећати величину облака тако да се поларизирају лакше? Додавање електрона и за то језгро мора имати више протона и неутрона, чиме се повећава атомска маса; или додавањем атома у кичму молекула, што би заузврат повећало његову молекулску масу

На овај начин ће језгра или молекуларни скелет бити мање вероватно да ће стално одржавати униформу електрона. Стога, што су већи зелени кругови разматрани у А, Б и Ц, они ће бити поларизибилнији и веће ће бити и њихове интеракције лондонских снага.

Овај ефекат се јасно примећује између Б и Ц, а могао би бити и већи ако су кругови већег пречника. Ово образложење је кључно за објашњење физичких својстава многих једињења на основу њихове молекуларне масе.

Примери лондонских снага

Извор: Пкхере

У природи

У свакодневном животу постоји безброј примера лондонских снага расејања, без потребе да се прво упустимо у микроскопски свет.

Један од најчешћих и изненађујућих примера налазимо у ногама гмизаваца званим гекоси (горња слика) и многим инсектима (такође у Спидерману).

На ногама имају јастучиће из којих стрше хиљаде малих нити. На слици можете видети гекона који позира на падини стијене. Да би се то постигло, користи се интермолекуларним силама између стијене и влакна њених ногу.

Свака од ових нити слабо реагује на површину на коју се пење мали гмизавац, али пошто их има на хиљаде, они показују силу пропорционалну подручју ногу, довољно јаку да остану везани и могу се попети. Гекоси се такође могу пењати по глатким и савршеним површинама попут стакла.

Алканес

Алкани су засићени угљоводоници који такође делују од стране лондонских снага. Њихове молекуларне структуре се једноставно састоје од угљеника и водоника спојених једноструким везама. Пошто је разлика у електронегативностима између Ц и Х врло мала, они су аполарна једињења.

Стога, метан, ЦХ ₄ , најмањи угљоводонични свега кључа на -161.7ºЦ. Како се Ц и Х додају у костур, добијају се други алкани с већом молекуларном масом.

На овај начин настају етан (-88,6ºЦ), бутан (-0,5ºЦ) и октан (125,7ºЦ). Примијетите како се њихове тачке кључања повећавају како алкани постају тежи.

То је зато што су њихови електронски облаци поларизабилнији и њихове структуре имају већу површину која повећава контакт њихових молекула.

Октан, иако аполарно једињење, има већу тачку кључања од воде.

Халогени и гасови

Лондонске снаге су такође присутне у многим гасовитим супстанцама. На пример, молекули Н ₂ , Х ₂ , ЦО ₂ , Ф ₂ , Цл ₂ и све племените гасове, међусобно повезују преко ових снага, јер они представљају хомогене електростатичког дистрибуције, који могу бити предмет тренутне дипола и довести до поларизације.

Племенити гасови су Хе (хелијум), Не (неон), Ар (аргон), Кр (криптон), Ксе (ксенон) и Рн (радон). Са леве на десно њихова тачка кључања расте са повећањем атомске масе: -269, -246, -186, -152, -108 и -62 ºЦ.

Халогени такође делују кроз ове силе. Флуор је гас собне температуре баш као и хлор. Бром, са већом атомском масом, се налази у нормалним условима као црвенкаста течност, а јод, на крају, формира љубичасту чврсту супстанцу која се брзо сублимира јер је тежа од осталих халогена.

Референце

1. Вхиттен, Давис, Пецк и Станлеи. Хемија. (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Леарнинг, стр. 452-455.
2. Ангелес Мендез. (22. мај 2012). Дисперзијске снаге (из Лондона). Опоравак од: куимица.лагуиа2000.цом
3. Лондон Дисперсион Форце. Опоравак од: цхем.пурдуе.еду
4. Хелменстине, др Анне Марие (22. јуна 2018.). 3 врсте интермолекуларних снага. Опоравак од: тхинкцо.цом
5. Риан Илаган и Гари Л Бертранд. Лондон Дисперсион Интерацтионс. Преузето са: цхем.либретектс.орг
6. ЦхемПагес Неториалс. Лондон Форце. Опоравак од: цхем.висц.еду
7. Камереон. (22. мај 2013.). Гецкос: Геко и силе Ван дер Ваалса. Опоравак од: алмабиологица.цом