Londýn sily funkcie a príklady



z Londýna, Londýnske disperzné sily alebo interakcie dipólom indukované dipóly sú najslabším typom intermolekulárnych interakcií. Jeho meno je vďaka príspevkom fyzika Fritza Londýna a jeho štúdií v oblasti kvantovej fyziky.

Londýnske sily vysvetľujú interakciu molekúl, ktorých štruktúry a atómy znemožňujú vytvorenie permanentného dipólu; to znamená, že sa v podstate vzťahuje na nepolárne molekuly alebo na atómy izolované z ušľachtilých plynov. Na rozdiel od iných Van der Waalsových síl vyžaduje extrémne krátke vzdialenosti.

Dobrá fyzikálna analógia londýnskych síl sa nachádza v prevádzke systému suchého zipsu (horný obrázok). Stlačením jednej strany tkaniny vyšívanej háčikmi a druhej s vláknami sa vytvorí atraktívna sila, ktorá je úmerná ploche tkanín..

Akonáhle sú obe strany zapečatené, musí sa vyvinúť sila, ktorá pôsobí proti ich interakciám (vytvoreným našimi prstami) na ich oddelenie. To isté platí pre molekuly: čím sú objemnejšie alebo ploché, tým väčšie sú ich intermolekulárne interakcie na veľmi krátkych vzdialenostiach.

Nie je však vždy možné aproximovať tieto molekuly v takej vzdialenosti, aby boli ich interakcie citeľné.

V takom prípade vyžadujú veľmi nízke teploty alebo veľmi vysoké tlaky; ako taký je to prípad plynov. Tento typ interakcií môže byť tiež prítomný v kvapalných látkach (ako je n-hexán) a tuhých látkach (ako je jód)..

index

  • 1 Charakteristiky
    • 1.1 Jednotné rozloženie zaťaženia
    • 1.2 Polarizovateľnosť
    • 1.3 Je nepriamo úmerná vzdialenosti
    • 1.4 Je priamo úmerná molekulovej hmotnosti
  • 2 Príklady londýnskych síl
    • 2.1 V prírode
    • 2,2 alkány
    • 2.3 Halogény a plyny
  • 3 Odkazy

rysy

Aké vlastnosti musí mať molekula, aby mohla vzájomne pôsobiť cez londýnske sily? Odpoveďou je, že by to mohol urobiť ktokoľvek, ale ak existuje permanentný dipólový moment, interakcie dipólov a dipólov prevládajú viac ako disperzné interakcie, čo veľmi málo prispieva k fyzikálnej povahe látok..

V štruktúrach, kde nie sú žiadne vysoko elektronegatívne atómy alebo ktorých distribúcia elektrostatického náboja je homogénna, neexistuje žiadny koniec alebo oblasť, ktorá by sa mohla považovať za bohatú (δ-) alebo chudobnú (δ +) v elektrónoch.

V týchto prípadoch musí zasiahnuť iný typ síl alebo inak by tieto zlúčeniny mohli existovať len v plynnej fáze, bez ohľadu na to, aké tlakové alebo teplotné podmienky na nich pracujú..

Homogénne rozloženie zaťaženia

Dva izolované atómy, ako je neón alebo argón, majú homogénne rozdelenie náboja. Toto je možné vidieť v hornom obrázku A. Biele kruhy v strede predstavujú jadrá, pre atómy alebo molekulárnu kostru pre molekuly. Toto rozloženie náboja možno považovať za oblak elektrónov zelenej farby.

Prečo vzácne plyny spĺňajú túto homogenitu? Pretože majú svoju elektronickú vrstvu úplne vyplnenú, tak ich elektróny musia teoreticky cítiť náboj príťažlivosti jadra vo všetkých orbitaloch rovnako.

Na rozdiel od iných plynov, ako je atómový kyslík (O), jeho vrstva je neúplná (ktorá sa pozoruje v jej elektronickej konfigurácii) a núti ju tvoriť diatomickú molekulu O2 kompenzovať tento nedostatok.

Zelenými kruhmi A môžu byť aj molekuly, malé alebo veľké. Jeho oblak elektrónov obieha okolo všetkých atómov, ktoré ho tvoria, najmä elektronegatívnych. Okolo týchto atómov sa oblak bude koncentrovať a bude viac negatívny, zatiaľ čo iné atómy budú mať elektronický nedostatok.

Tento oblak však nie je statický, ale dynamický, takže v určitom bode budú krátke oblasti δ- a δ + a jav nazývaný polarizácia.

polarizovatelnost

V oblaku zelenej farby je homogénne rozdelenie záporného náboja. Pozitívna príťažlivá sila vyvíjaná jadrom však môže na elektrónoch oscilovať. To spôsobuje deformáciu oblaku, čím sa vytvárajú oblasti δ-, modré a δ +, žlté.

Tento náhly dipólový moment v atóme alebo molekule môže narušiť susedný elektronický mrak; inými slovami, indukuje náhly dipól na susedovi (B, top image).

Je to preto, že región δ- ruší susedný mrak, jeho elektróny pociťujú elektrostatické odpudenie a sú orientované na opačný pól, ktorý sa objavuje δ+.

Všimnite si, ako sa kladné a záporné póly zarovnávajú, rovnako ako molekuly s permanentnými dipólovými momentmi. Čím je objemný elektronický oblak objemnejší, tým je jadro pevnejšie v priestore; a tiež, čím väčšia je deformácia toho istého, ako je vidieť v C.

Je preto nepravdepodobné, že by atómy a malé molekuly boli v ich prostredí polarizované. Príklad tejto situácie ilustruje malá vodíková molekula H2.

Kondenzovať, alebo ešte viac kryštalizovať, potrebuje premrštené tlaky, aby prinútila svoje molekuly k fyzickej interakcii.

Je nepriamo úmerná vzdialenosti

Aj keď sa vytvoria okamžité dipóly, ktoré indukujú okolo seba iných, nestačia na to, aby držali atómy alebo molekuly spolu.

V B je vzdialenosť d ktoré oddeľuje dve oblaky a ich dve jadrá. Tak, že oba dipóly môžu zostať počas uvažovaného času, táto vzdialenosť d musí byť veľmi malý.

Táto podmienka musí byť splnená, základná vlastnosť londýnskych síl (pamätajte na uzáver suchého zipsu), takže má výrazný vplyv na fyzikálne vlastnosti materiálu..

akonáhle d byť malé, jadro vľavo v B začne priťahovať modrú oblasť ô- susedného atómu alebo molekuly. To bude ďalej deformovať oblak, ako je vidieť v C (jadro už nie je v strede, ale vpravo). Potom prichádza bod, kde sa obe oblaky dotýkajú a "odrazia", ​​ale dosť pomaly, aby ich na chvíľu mali.

Preto sú londýnske sily nepriamo úmerné vzdialenosti d. V skutočnosti sa faktor rovná d7, takže minimálna zmena vzdialenosti medzi atómami alebo molekulami oslabí alebo posilní disperziu Londýna.

Je priamo úmerná molekulovej hmotnosti

Ako zvýšiť veľkosť mrakov tak, aby sa ľahšie polarizovali? Pridanie elektrónov, a že jadro musí mať viac protónov a neutrónov, čím sa zvyšuje atómová hmotnosť; alebo pridaním atómov ku kostre molekuly, čo by zase zvýšilo jeho molekulovú hmotnosť

Týmto spôsobom by jadrá alebo molekulárny skelet boli menej pravdepodobné, aby sa elektronický oblak udržiaval po celú dobu. Čím väčšie sú zelené kruhy v A, B a C, tým viac polarizovateľné budú a tým väčšia bude ich interakcia s londýnskymi silami..

Tento účinok je zreteľne pozorovaný medzi B a C a mohol by byť ešte väčší, ak by mali kruhy väčší priemer. Táto úvaha je kľúčom k vysvetleniu fyzikálnych vlastností mnohých zlúčenín podľa ich molekulových hmotností.

Príklady ozbrojených síl v Londýne

V prírode

V každodennom živote sú nespočetné príklady rozptylových síl Londýna bez toho, aby sme sa museli v prvom rade pustiť do mikroskopického sveta..

Jeden z najčastejších a prekvapujúcich príkladov sa nachádza v nohách plazov známych ako gekoni (vrchný obrázok) av mnohých hmyzoch (aj v Spiderman).

V nohách majú podložky, z ktorých vyčnievajú tisíce malých vlákien. Na obrázku vidíte gekon, ktorý sa nachádza na svahu skaly. Na dosiahnutie tohto cieľa využíva medzimolekulové sily medzi skalou a vláknami jej nôh.

Každý z týchto vlákien spolupôsobí slabo s povrchom, na ktorom malé plazové šupiny, ale pretože sú tisíce z nich, vyvíjajú silu úmernú oblasti ich nôh, dostatočne silnú, aby zostali pripojené a schopné stúpať. Gekoni sú tiež schopní vyliezť hladké a dokonalé povrchy ako sú kryštály.

alkánov

Alkány sú nasýtené uhľovodíky, ktoré tiež pôsobia na sily Londýna. Ich molekulárne štruktúry pozostávajú jednoducho z uhlíkov a vodíka spojených jednoduchými väzbami. Vzhľadom na to, že rozdiel elektronegativít medzi C a H je veľmi malý, ide o nepolárne zlúčeniny.

Takže metán, CH4, najmenší uhľovodík zo všetkých, varí pri teplote -161,7 ° C. Keď sa ku kostre pridajú C a H, získajú sa ďalšie alkány s vyššou molekulovou hmotnosťou.

Týmto spôsobom vzniká etán (-88,6 ° C), bután (-0,5 ° C) a oktán (125,7 ° C). Všimnite si, ako sa zvyšujú teploty varu, pretože alkány sú ťažšie.

Je to preto, že ich elektronické mraky sú polarizovateľnejšie a ich štruktúry majú väčšiu povrchovú plochu, ktorá zvyšuje kontakt medzi ich molekulami.

Oktán, hoci je to nepolárna zlúčenina, má vyššiu teplotu varu ako voda.

Halogény a plyny

Londýnske sily sú prítomné aj v mnohých plynných látkach. Napríklad N molekuly2, H2, CO2, F2, cl2 a všetky vzácne plyny, ktoré pôsobia týmito silami, pretože predstavujú homogénnu elektrostatickú distribúciu, ktorá môže trpieť okamžitými dipólami a viesť k polarizáciám.

Ušľachtilé plyny sú He (hélium), Ne (neón), Ar (argón), Kr (kryptón), Xe (xenón) a Rn (radón). Zľava doprava zvyšujú teploty varu so zvyšovaním atómových hmotností: -269, -246, -186, -152, -108 a -62 ° C.

Halogény tiež pôsobia prostredníctvom týchto síl. Fluór je plyn pri izbovej teplote, rovnako ako chlór. Bróm, s väčšou atómovou hmotnosťou, je v normálnych podmienkach ako červenkastá kvapalina a jód nakoniec tvorí fialovú pevnú látku, ktorá rýchlo sublimuje, pretože je ťažšia ako ostatné halogény..

referencie

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning, str. 452-455.
  2. Ángeles Méndez. (22. máj 2012). Disperzné sily (z Londýna). Zdroj: quimica.laguia2000.com
  3. London Dispersion Forces. Zdroj: chem.purdue.edu
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. júna 2018). 3 Typy medzimolekulových síl. Zdroj: thinkco.com
  5. Ryan Ilagan & Gary L Bertrand. Interakcie interakcie v Londýne. Prevzaté z: chem.libretexts.org
  6. ChemPages Netorials. Londýnske sily. Zdroj: chem.wisc.edu
  7. Kamereon. (22. máj 2013). Gecko: Gecko a Van der Waalsove sily. Zdroj: almabiologica.com