London sile in primere



The sile Londona, Londonske disperzijske sile ali dipol-inducirane-dipolne interakcije so najšibkejši tip intermolekularnih interakcij. Njegovo ime je posledica prispevkov fizika Fritza Londona in njegovega študija na področju kvantne fizike.

Londonske sile razlagajo, kako medsebojno vplivajo molekule, katerih strukture in atomi onemogočajo oblikovanje stalnega dipola; v bistvu velja za nepolarne molekule ali za atome, izolirane iz plemenitih plinov. Za razliko od drugih Van der Waalsovih sil potrebuje zelo kratke razdalje.

Dobra fizična analogija londonskih sil lahko najdemo v delovanju Velcro sistema zapiranja (zgornja slika). S pritiskom ene strani tkanine, ki je izvezena s kavlji, druga pa z vlakni, se ustvari privlačna sila, ki je sorazmerna s površino tkanin..

Ko sta obe strani zapečateni, je treba uporabiti silo, da prepreči njihove interakcije (ki jih naredijo naši prsti), da jih ločimo. Enako velja za molekule: bolj so voluminozne ali ravne, večje so njihove intermolekularne interakcije na zelo kratkih razdaljah..

Vendar pa ni vedno mogoče približati teh molekul na razdalji, ki je dovolj blizu, da bi bile njihove interakcije opazne.

V tem primeru zahtevajo zelo nizke temperature ali zelo visoke pritiske; kot taka gre za pline. Tudi ta vrsta interakcij je lahko prisotna v tekočih snoveh (kot je n-heksan) in trdnih snoveh (kot je jod)..

Indeks

  • 1 Značilnosti
    • 1.1 Enotna porazdelitev obremenitve
    • 1.2 Polarizabilnost
    • 1.3 Obratno je sorazmerna z razdaljo
    • 1.4 Je neposredno sorazmerna z molekulsko maso
  • 2 Primeri londonskih sil
    • 2.1 V naravi
    • 2.2 Alkani
    • 2.3 Halogeni in plini
  • 3 Reference

Funkcije

Katere značilnosti mora imeti molekula, da lahko komunicira preko londonskih sil? Odgovor je, da bi lahko kdorkoli to storil, toda ko je stalen dipolni trenutek, dipol-dipolne interakcije prevladujejo v več kot disperzijskih interakcijah, kar zelo malo prispeva k fizični naravi snovi..

V strukturah, kjer ni visoko elektronegativnih atomov ali katerih porazdelitev elektrostatičnega naboja je homogena, ni nobenega konca ali regije, ki bi se lahko štela za bogato (δ-) ali slabo (δ +) v elektronih.

V teh primerih se mora vmešati druga vrsta sil, sicer lahko te spojine obstajajo le v plinski fazi, ne glede na to, kateri tlak ali temperaturni pogoji delujejo na njih..

Homogena porazdelitev obremenitve

Dva izolirana atoma, kot sta neon ali argon, imata homogeno porazdelitev nabojev. To je mogoče videti na vrhu slike A. Beli krogi v središču predstavljajo jedra, za atome ali molekularno ogrodje za molekule. Ta porazdelitev naboja se lahko obravnava kot oblak elektronov zelene barve.

Zakaj plemeniti plini izpolnjujejo to homogenost? Ker imajo svoj elektronski sloj popolnoma napolnjen, morajo njihovi elektroni teoretično enako občutiti naboj privlačnosti jedra v vseh orbitalih..

V nasprotju z drugimi plini, kot je atomski kisik (O), je njegova plast nepopolna (kar je opaziti v njeni elektronski konfiguraciji) in jo prisili, da tvori diatomsko molekulo O2 nadomestilo za to pomanjkljivost.

Zeleni krogi A so lahko tudi molekule, majhne ali velike. Njegov oblak elektronov kroži okoli vseh atomov, ki ga sestavljajo, še posebej bolj elektronegativnih. Okoli teh atomov se bo oblak koncentriral in bo bolj negativen, medtem ko bodo drugi atomi imeli elektronsko pomanjkljivost.

Vendar pa ta oblak ni statičen, ampak dinamičen, tako da bodo na določeni točki kratke regije δ- in δ +, pojav pa bo imenovan polarizacija.

Polarizabilnost

V A oblak zelene barve označuje homogeno porazdelitev negativnega naboja. Pozitivna privlačna sila, ki jo izvaja jedro, pa lahko niha na elektrone. To povzroča deformacijo oblaka in tako ustvarja območja δ-, modro in δ +, rumeno.

Ta nenaden dipolni moment v atomu ali molekuli lahko izkrivlja sosednji elektronski oblak; z drugimi besedami, povzroči nenaden dipol na svojem sosedu (B, top image).

To je zato, ker območje δ - moti sosednji oblak, njegovi elektroni občutijo elektrostatični odboj in so usmerjeni na nasprotni pol, pojavljajo se δ+.

Upoštevajte, kako se poravnajo pozitivni in negativni poli, kot tudi molekule s trajnimi dipolnimi momenti. Bolj ko je elektronski oblak obsežen, bo jedro ostala homogena v vesolju; in tudi večja je deformacija iste, kot je vidno v C.

Zato je malo verjetno, da bodo atomi in majhne molekule polarizirani z delci v njihovem okolju. Primer za to situacijo ponazarja majhna vodikova molekula, H2.

Da bi kondenzirali ali celo kristalizirali, potrebujemo prekomerne pritiske, da svoje molekule fizično interakcijo.

To je obratno sorazmerno z razdaljo

Tudi če se oblikujejo trenutni dipoli, ki inducirajo druge okoli sebe, niso dovolj, da zadržijo atome ali molekule skupaj.

V B je razdalja d ki ločuje dva oblaka in njihova dva jedra. Tako, da lahko oba dipola ostanejo za določen čas, ta razdalja d biti mora zelo majhna.

Ta pogoj mora biti izpolnjen, kar je bistvena značilnost londonskih sil (ne pozabite Velcro zaprtja), tako da ima opazen vpliv na fizikalne lastnosti materiala..

Enkrat d biti majhna, jedro levega v B bo začelo privabljati modro območje δ- sosednjega atoma ali molekule. To bo še dodatno deformiralo oblak, kot je razvidno iz C (jedro ni več v središču, ampak na desni). Potem pride točka, kjer oba oblaka dotikata in "bounce", vendar na dovolj počasi, da jih skupaj za nekaj časa.

Londonske sile so zato obratno sorazmerne z razdaljo d. Dejansko je faktor enak d7, tako bo minimalna sprememba razdalje med atomoma ali molekulami oslabila ali okrepila disperzijo Londona.

Je neposredno sorazmerna z molekulsko maso

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

Na ta način bi bilo manj verjetno, da bi jedra ali molekularni ogrodje ves čas ohranila enotnost elektronskega oblaka. Večji kot so zeleni krogi, upoštevani v A, B in C, bolj so polarizabilni in večja bo njihova interakcija med londonskimi silami..

Ta učinek je jasno opazen med B in C in bi lahko bil še večji, če bi bili krogi večji v premeru. To razmišljanje je ključno za razlago fizikalnih lastnosti mnogih spojin glede na njihove molekularne mase.

Primeri londonskih sil

V naravi

V vsakdanjem življenju je nešteto primerov razpršenih sil Londona, ne da bi bilo treba v prvi vrsti vstopiti v mikroskopski svet..

Eden od najpogostejših in presenetljivih primerov najdemo v nogah plazilcev, ki jih poznamo kot geki (top image) in v številnih žuželkah (tudi v Spidermanu).

V njihovih nogah imajo blazinice, iz katerih izstopajo tisoče majhnih filamentov. Na sliki lahko vidite gekona, ki se postavlja na pobočju skale. Da bi to dosegli, uporablja medmolekularne sile med skalo in filamenti njenih nog.

Vsaka od teh vlaken med seboj slabo komunicira s površino, na kateri so majhne luske plazilcev, a ker so na tisoče, izvajajo silo, ki je sorazmerna s površino njihovih nog, dovolj močna, da ostane pritrjena in se lahko vzpenja. Gekoni so tudi sposobni plezanja gladkih in popolnih površin, kot so kristali.

Alkani

Alkani so nasičeni ogljikovodiki, ki jih interagirajo tudi londonske sile. Njihove molekularne strukture so sestavljene zgolj iz ogljikov in vodika, povezanih s preprostimi vezmi. Glede na to, da je razlika elektronegativnosti med C in H zelo majhna, so nepolarne spojine.

Torej, metan, CH4, najmanjši ogljikovodik, zavre pri -161,7 ° C. Ko se C in H dodata v okostje, dobimo druge alkane z višjimi molekulskimi masami.

Tako nastane etan (-88,6 ° C), butan (-0,5 ° C) in oktan (125,7 ° C). Opazite, kako se vrelišča povečujejo, ko so alkani težji.

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

Čeprav je oktan nepolarna spojina, ima višje vrelišče kot voda.

Halogeni in plini

Londonske sile so prisotne tudi v mnogih plinastih snoveh. Na primer, N molekul2, H2, CO2, F2, Cl2 in vsi plemeniti plini, ki vplivajo na te sile, saj predstavljajo homogeno elektrostatično porazdelitev, ki lahko trpi trenutne dipole in povzroči polarizacijo..

Plemeniti plini so He (helij), Ne (neon), Ar (argon), Kr (kripton), Xe (ksenon) in Rn (radon). Od leve proti desni se vrelišča povečujejo z naraščanjem atomskih mas: -269, -246, -186, -152, -108 in -62 ° C..

Halogeni delujejo tudi prek teh sil. Fluor je plin pri sobni temperaturi, tako kot klor. Brom z večjo atomsko maso je v normalnih razmerah rdečkasta tekočina, 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 Learning, str. 452-455.
  2. Ángeles Méndez. (22. maj 2012). Disperzijske sile (iz Londona). Vzpostavljeno iz: quimica.laguia2000.com
  3. Londonske disperzijske sile. Vzpostavljeno iz: chem.purdue.edu
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. junij 2018). 3 Vrste medmolekularnih sil. Vzpostavljeno iz: thoughtco.com
  5. Ryan Ilagan in Gary L Bertrand. London Interakcije razpršenosti. Vzeto iz: chem.libretexts.org
  6. ChemPages Netorials. Londonske sile. Vzpostavljeno iz: chem.wisc.edu
  7. Kamereon. (22. maj 2013). Gecko: Gecko in Van der Waalsove sile. Vzpostavljeno iz: almabiologica.com