London erőket és példákat kényszerít

az a londoni erők, A londoni diszperziós erők vagy a dipol-indukált-dipol kölcsönhatások az intermolekuláris kölcsönhatások leggyengébb típusa. A nevét a fizikus Fritz London hozzájárulása és a kvantumfizika területén végzett tanulmányai adják.

A londoni erők elmagyarázzák, hogy a molekulák kölcsönhatásba lépnek, amelyek struktúrái és atomjai lehetetlenné teszik az állandó dipol kialakulását; vagyis alapvetően apoláris molekulákra vagy nemesgázokból izolált atomokra vonatkozik. Ellentétben a többi Van der Waals erővel, rendkívül rövid távolságra van szükség.

A londoni erők jó fizikai analógiája megtalálható a tépőzáras záró rendszer működésében (felső kép). A szövet horgokkal hímzett egyik oldalának megnyomásával, a másik pedig a szálakkal, a szövetek területével arányos vonzó erő jön létre..

Miután mindkét oldalt lezárták, erővel kell fellépni, hogy ellensúlyozzuk az ujjaink által készített kölcsönhatásokat, hogy elkülönítsük őket. Ugyanez vonatkozik a molekulákra is: minél nagyobbak vagy szélesebbek, annál nagyobbak az intermolekuláris kölcsönhatások nagyon rövid távolságokon.

Mindazonáltal nem mindig lehetséges, hogy ezeket a molekulákat közel olyan közeli távolságra közelítsük, hogy kölcsönhatásuk észrevehető legyen.

Ebben az esetben nagyon alacsony hőmérsékletet vagy nagyon magas nyomást igényelnek; mint a gázok. Az ilyen típusú kölcsönhatások jelen lehetnek folyékony anyagokban (például n-hexánban) és szilárd anyagokban (például jódban)..

index

• 1 Jellemzők
  • 1.1 Egységes terheléselosztás
  • 1.2 Polarizálhatóság
  • 1.3 Fordítottan arányos a távolsággal
  • 1.4 Közvetlenül arányos a molekulatömeggel
• 2 Példák a londoni erőkre
  • 2.1 A természetben
  • 2.2 Alkanák
  • 2.3 Halogének és gázok
• 3 Referenciák

jellemzői

Milyen jellemzőkkel kell rendelkeznie egy molekulának, hogy kölcsönhatásba léphessen a londoni erőkkel? A válasz az, hogy bárki meg tudja csinálni, de ha állandó dipólus pillanat van, akkor a dipol-dipol kölcsönhatások túlnyomó több, mint a diszperziós kölcsönhatások, ami nagyon kevéssé járul hozzá az anyagok fizikai természetéhez..

Olyan struktúrákban, ahol nincsenek erősen elektronegatív atomok, vagy amelyeknek az elektrosztatikus feltöltése homogén, nincs olyan vég vagy régió, amely gazdag (δ-) vagy szegény (δ +) az elektronokban..

Ezekben az esetekben más típusú erőknek kell beavatkozniuk, vagy egyébként ezek a vegyületek csak a gázfázisban létezhetnek, függetlenül attól, hogy milyen nyomás- vagy hőmérsékleti feltételek működnek rajtuk..

Homogén terheléseloszlás

Két izolált atom, például neon vagy argon homogén töltéseloszlással rendelkezik. Ez látható az A, felső képben. A fehér körök a középpontban a molekulák atommagjait, vagy a molekulaszeletet képviselik. Ez a töltéseloszlás a zöld színű elektronok felhőjének tekinthető.

Miért teljesítik a nemesgázok ezt a homogenitást? Mert teljesen kitöltötték az elektronikus rétegüket, így elektronjaiknak elméletileg meg kell érezniük a mag vonzerejét minden orbitában egyformán.

Más gázokkal, mint például az atom oxigénnel (O) ellentétben, a réteg nem teljes (ami az elektronikus konfigurációban megfigyelhető), és arra kényszeríti, hogy az O molekulát képezze.₂ ezt a hiányt kompenzálni kell.

Az A zöld körök lehetnek kis vagy nagy molekulák is. Az elektronok felhője körbejárja az összes atomot, különösen az elektronegatívabbakat. Ezeken az atomokon a felhő koncentrálódik és negatívabb lesz, míg a többi atomnak elektronikus hiánya lesz.

Ez a felhő azonban nem statikus, hanem dinamikus, így bizonyos pontokon rövid δ- és δ + -régiók lesznek, és egy jelenséget hívnak polarizáció.

polarizálhatóságot

Az A-ban a zöld színű felhő a negatív töltés homogén eloszlását jelzi. Azonban az atommag által kifejtett pozitív vonzerő erő oszcillálhat az elektronokon. Ez a felhő deformálódását okozza, így δ-, kék és δ +, sárga.

Ez a hirtelen dipol pillanat az atomban vagy molekulában torzíthatja a szomszédos elektronikus felhőt; más szóval, hirtelen dipolt indít szomszédjához (B, felső kép).

Ez azért van, mert a régió δ-zavarja a szomszédos felhőt, az elektronjai az elektrosztatikus elnyomást éreznek, és az ellenkező pólusra irányulnak, δ megjelenítve.+.

Figyeljük meg, hogy a pozitív és negatív pólusok illeszkedjenek, mint az állandó dipólus pillanatokkal rendelkező molekulák. Minél nagyobb az elektronikus felhő, annál nehezebb lesz a rendszermag homogén az űrben; és annál nagyobb a deformáció, ahogy azt a C.

Ezért az atomok és a kis molekulák valószínűleg polarizálódnak a környezetükben lévő részecskékkel. Erre a helyzetre példa a kis hidrogén molekula, H₂.

Annak érdekében, hogy kondenzálódjon, vagy még inkább kristályosodjon, túlzott nyomás szükséges ahhoz, hogy molekuláit fizikailag kölcsönhatásba lépjen.

Fordítottan arányos a távolsággal

Még akkor is, ha pillanatnyi dipólusok keletkeznek, amelyek másokat körülvesznek, nem elég ahhoz, hogy az atomokat vagy molekulákat együtt tartsák.

B-ben van egy távolság d amely elválasztja a két felhőt és két magját. Annak érdekében, hogy mindkét dipólus egy adott ideig maradjon, ez a távolság d nagyon kicsinek kell lennie.

Ezt a feltételt teljesíteni kell, ami a londoni erők lényeges jellemzője (ne feledje a tépőzárat), hogy észrevehető hatással legyen az anyag fizikai tulajdonságaira..

egyszer d kicsi, a bal oldali B mag kezdje vonzani a szomszédos atom vagy molekula δ kék területét. Ez tovább fogja deformálja a felhőt, ahogy azt a C jelzi (a mag már nem a középen, hanem jobbra van). Aztán jön egy olyan pont, ahol mind a felhők érnek, és "ugrálnak", de elég lassúak ahhoz, hogy egy ideig együtt legyenek.

Ezért a londoni erők fordítottan arányosak a távolsággal d. Valójában a tényező egyenlő d⁷, így az atomok vagy molekulák közötti távolság minimális változása gyengíti vagy erősíti a londoni diszperziót.

Közvetlenül arányos a molekulatömeggel

Hogyan növelhető a felhők mérete, hogy könnyebben polarizálódjanak? Elektronok hozzáadása, és ennek a magnak több protonja és neutronja kell, hogy legyen, ezáltal növelve az atomtömeget; vagy, ha atomokat adunk a molekula csontvázához, ami viszont növelné a molekulatömegét

Ily módon a magok vagy a molekuláris csontváz kevésbé valószínű, hogy az elektronikus felhő egyenletesen megmarad. Ezért minél nagyobb a zöld körök az A, B és C kategóriákban, annál polarizálhatóbbak lesznek, és annál nagyobb lesz a londoni erők kölcsönhatása..

Ez a hatás egyértelműen megfigyelhető a B és C között, és még ennél is nagyobb lehet, ha a körök átmérője nagyobb volt. Ez az érvelés kulcsfontosságú számos vegyület fizikai tulajdonságainak molekuláris tömegének megmagyarázásához.

Példák a londoni erőkre

A természetben

A mindennapi életben számtalan példa van a londoni diszperziós erőkre, anélkül, hogy először a mikroszkopikus világba kellene tennie.

Az egyik leggyakoribb és meglepőbb példa a hüllők lábainál, a geckóként (felső kép) és számos rovarban (szintén Spidermanben)..

Lábaikban van párna, amelyből több ezer kicsi szál nyúlik ki. A képen látható egy gekkó, amely egy szikla lejtőjén pózol. Ennek elérése érdekében a kőzet és a lábak szálai közötti intermolekuláris erőket alkalmazza.

Mindezek a szálak gyengén hatnak a kis hüllő skála felszínére, de mivel ezek több ezer, erővel arányosak a lábuk területével, elég erősek ahhoz, hogy csatolva maradjanak és képesek mászni. A Geckos is képes arra, hogy sima és tökéletes felületekre mászhasson, mint a kristályok.

alkánok

Az alkanák telített szénhidrogének, amelyek szintén kölcsönhatásba lépnek a londoni erőkkel. A molekuláris szerkezeteik egyszerűen szénatomokból és egyszerű kötések által összekapcsolt hidrogénből állnak. Tekintettel arra, hogy a C és H közötti elektronegativitás nagyon kicsi, ezek apoláris vegyületek.

Tehát, metán, CH₄, a legkisebb szénhidrogén, -161,7 ° C-on forral. Mivel a csonthoz C és H-t adunk, más nagyobb molekulatömegű alkánokat kapunk.

Ily módon etán (-88,6 ° C), bután (-0,5 ºC) és oktán (125,7 ° C) keletkezik. Figyelje meg, hogy a forráspontok növekedjenek, ha az alkánok nehezebbek.

Ennek az az oka, hogy az elektronikus felhők polarizálhatóbbak, és szerkezeteik nagyobb felülettel rendelkeznek, ami növeli a molekulák közötti kapcsolatot.

Az oktán, bár apoláris vegyület, magasabb forrásponttal rendelkezik, mint a víz.

Halogének és gázok

A londoni erők számos gáznemű anyagban is jelen vannak. Például N molekulák₂, H₂, CO₂, F₂, Cl₂ és az összes nemesgáz, amelyek kölcsönhatásba lépnek ezen erőkkel, mivel homogén elektrosztatikus eloszlást mutatnak, amely pillanatnyi dipólusokat szenvedhet és polarizációkat okozhat.

A nemesgázok He (hélium), Ne (neon), Ar (argon), Kr (kripton), Xe (xenon) és Rn (radon). Balról jobbra forráspontja az atomtömeg növekedésével nő: -269, -246, -186, -152, -108 és -62 ºC.

A halogének szintén hatnak ezekre az erőkre. A fluor egy szobahőmérsékletű gáz, mint a klór. A nagyobb atomtömegű bróm normál körülmények között vöröses folyadékként van jelen, és a jód végül egy lila szilárd anyagot képez, amely gyorsan szublimál, mert nehezebb, mint a többi halogén..

referenciák

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Learning, p. 452-455.
2. Ángeles Méndez. (2012. május 22.). Diszperziós erők (Londonból). A lap eredeti címe: quimica.laguia2000.com
3. London diszperziós erők. A lap eredeti címe: chem.purdue.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. június 22.). 3 Intermolekuláris erők típusa. A lap eredeti címe: thinkco.com
5. Ryan Ilagan és Gary L Bertrand. London diszperziós kölcsönhatások. Letöltve: chem.libretexts.org
6. ChemPages Netorials. London erők. Lap forrása: chem.wisc.edu
7. Kamereon. (2013. május 22.). Gecko: A gekkó és a Van der Waals erők. A lap eredeti címe: almabiologica.com