London Forces ή London Dispersion Forces

Επισκόπηση μήκους ομολόγου

Όταν δύο άτομα σχηματίζουν έναν ομοιοπολικό δεσμό, η απόσταση μεταξύ των κέντρων τους ονομάζεται δεσμός μήκος. Η σειρά δεσμών καθορίζεται από τον αριθμό των δεσμών, με βάση τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Το μήκος δεσμού και η σειρά ομολόγων σχετίζονται αντιστρόφως μεταξύ τους. Μήκος δεσμού μετριέται γενικά σε πικομετρική κλίμακα. Με βάση τον αριθμό των ηλεκτρονίων που εμπλέκονται στη σύνδεση, η σειρά δεσμών μπορεί να είναι 1,2 ή 3, υπονοώντας ότι είναι μονός, διπλός ή τριπλός, αντίστοιχα. Αυτό σημαίνει ότι 2, 4 ή 6 ηλεκτρόνια εμπλέκονται στη σύνδεση.

Δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου 

Τα μη πολικά μόρια παρουσιάζουν επίσης παρόμοια συμπεριφορά. Γνωρίζουμε ότι όλες οι ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των ευγενών αερίων, υπάρχουν σε στερεά και υγρή κατάσταση υπό ορισμένες συνθήκες. Αυτό δείχνει ότι πρέπει να υπάρχει κάποιο είδος διαμοριακής αλληλεπίδρασης που δεν μπορεί να αποδοθεί σε απλές ηλεκτροστατικές έλξεις ή δυνάμεις.

Αυτές οι αλληλεπιδράσεις ονομάστηκαν δυνάμεις διασποράς. Ο Γερμανός φυσικός Fritz London ανακάλυψε αυτές τις δυνάμεις. Το 1930, πρότεινε ότι όταν συμβαίνουν προσωρινές διακυμάνσεις στην κατανομή των ηλεκτρονίων μέσα στα άτομα και τα μη πολικά μόρια, αυτό οδηγεί στην παραγωγή προσωρινών στιγμιαίων διπολικών ροπών, οι οποίες παράγουν ελκτικές δυνάμεις που ονομάζονται δυνάμεις διασποράς Λονδίνου μεταξύ μη πολικών ουσιών.

Μπορούμε να το καταλάβουμε υποθέτοντας ότι τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου είναι συνήθως συμμετρικά κατανεμημένα γύρω από τον πυρήνα. Υπάρχουν μερικές περιπτώσεις στις οποίες τα άτομα μπορούν στιγμιαία να αναπτύξουν μια μη συμμετρική κατανομή ηλεκτρονίων, παράγοντας έναν προσωρινό σχηματισμό διπόλων. Αυτό το στιγμιαίο δίπολο μπορεί να παραμορφώσει το ηλεκτρονικό νέφος του γειτονικού ατόμου, με αποτέλεσμα να σχηματιστεί ένα δίπολο σε αυτό. Εξαιτίας αυτού του φαινομένου, συμβαίνει διατομική έλξη, η οποία είναι αδύναμη και βραχύβια.

Εάν πρέπει να παραχθεί στερεό από αυτές τις αλληλεπιδράσεις, οι κινήσεις των ατόμων πρέπει να μειωθούν σημαντικά. Αυτό μπορεί να εξηγήσει τα χαμηλά σημεία πήξης των ευγενών αερίων. Καθώς η ατομική μάζα και ο ατομικός αριθμός αυξάνονται, ο αριθμός των ηλεκτρονίων αυξάνεται, επομένως υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα να δημιουργηθούν στιγμιαία δίπολα. Με άλλα λόγια, μπορούμε να πούμε ότι μεγαλύτερα άτομα που έχουν πολλά ηλεκτρόνια εμφανίζουν υψηλότερη πολικότητα σε σύγκριση με μικρότερα άτομα. Έτσι, η σημασία των δυνάμεων του Λονδίνου αυξάνεται σημαντικά με το ατομικό μέγεθος.

Η δύναμη της επαγόμενης διπολικής ροπής μ, είναι ευθέως ανάλογη με την ισχύ του ηλεκτρικού πεδίου, Ε. Αυτό σημαίνει ότι εάν η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι υψηλή, θα προκαλέσει μεγαλύτερες παραμορφώσεις και μεγαλύτερη αλληλεπίδραση:

μ=∝E

όπου, μ=διπολική ροπή που προκλήθηκε,

∝=πόλωση και

E=ηλεκτρικό πεδίο.

Παραδείγματα δυνάμεων διασποράς του Λονδίνου

Οι δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου μπορούν να φανούν σε μη πολικά μόρια όπως τα αλογόνα

F2, Cl2, Br2, I2

Ενέργεια αλληλεπίδρασης

Το Λονδίνο απέδειξε ότι μπορούμε να υπολογίσουμε τη δυναμική ενέργεια 2 μορίων που είναι αφόρτιστα (ή 2 πανομοιότυπων ατόμων) χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

V 11 = -34∝ 2 I/r 6

Η παραπάνω εξίσωση μπορεί να αλλάξει ελαφρώς σε περίπτωση μη ταυτόσημων ατόμων ή μορίων:

V 12 =-3/2 (I 1 Εγώ 2 /I 1 +I 2 )(∝ 1 ∝ 2 /r 6 )

Όπου, I=πρώτη ενέργεια ιονισμού κάθε μορίου,

∝=πόλωση και

r=απόσταση ή διαχωρισμός μεταξύ μορίων ή μήκος δεσμού .

Από εδώ φαίνεται ότι η ελκυστική ενέργεια λόγω του προσωρινού διπόλου πέφτει ως 1/r6. Αυτό σημαίνει ότι αν διπλασιάσουμε την απόσταση (ή μήκος δεσμού ) η ελκυστική ενέργεια μειώνεται κατά 26 ή 64 φορές.

Έτσι, μπορούμε να πούμε ότι οι δυνάμεις διασποράς εξαρτώνται από το μοριακό μέγεθος, τον αριθμό των ηλεκτρονίων, την απόσταση μεταξύ των ατόμων (ή μήκος δεσμού ) καθώς και το σχήμα του μορίου.

Μοριακό μέγεθος και αριθμός ηλεκτρονίων

Τα μεγαλύτερα και βαρύτερα άτομα και μόρια μπορούν να επιδείξουν ισχυρότερες δυνάμεις διασποράς σε σύγκριση με μικρότερα και ελαφρύτερα. Σε ένα μεγαλύτερο άτομο ή μόριο, τα ηλεκτρόνια σθένους βρίσκονται πιο μακριά από τον πυρήνα σε σύγκριση με μικρότερα άτομα.

Κατά συνέπεια, συγκρατούνται λιγότερο σφιχτά και ως εκ τούτου μπορούν εύκολα να σχηματίσουν προσωρινά δίπολα. Η ευκολία με την οποία μπορεί να συμβεί παραμόρφωση της κατανομής των ηλεκτρονίων είναι γνωστή ως πόλωση. Ως εκ τούτου, οι δυνάμεις του Λονδίνου είναι ισχυρότερες μεταξύ μορίων που πολώνονται εύκολα και ασθενέστερες μεταξύ μορίων που δεν πολώνονται εύκολα.

Μοριακό σχήμα

Το μέγεθος των δυνάμεων διασποράς επηρεάζεται επίσης από τα σχήματα των μορίων. Αυτό μπορεί να γίνει κατανοητό λαμβάνοντας υπόψη το παράδειγμα του νεοπεντανίου και του ν-πεντανίου.

Τα μόρια ν-πεντανίου είναι κάπως κυλινδρικά. Το σχήμα τους τους επιτρέπει να έρχονται σε επαφή μεταξύ τους αποτελεσματικά σε σύγκριση με μερικώς σφαιρικά μόρια νεοπεντανίου.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το νεοπεντάνιο είναι αέριο, ενώ το n-πεντάνιο είναι ένα υγρό, καθώς η δύναμη διασποράς του Λονδίνου είναι ισχυρότερη στο n-πεντάνιο από ότι στο νεοπεντάνιο.

Συμπέρασμα

Οι διαμοριακές δυνάμεις είναι υπεύθυνες για τη συγκράτηση των μορίων σε ένα υγρό ή στερεό. Αυτές οι δυνάμεις είναι συγκριτικά πιο αδύναμες και ηλεκτροστατικής φύσης. Στην περίπτωση μορίων που έχουν καθαρή διπολική ροπή, μπορούν να φανούν αλληλεπιδράσεις διπόλου-διπόλου.

Ο Fritz London εξήγησε τις ελκτικές δυνάμεις στην περίπτωση των μη πολικών μορίων. Αυτός

πρότεινε ότι μια προσωρινή διακύμανση στην ηλεκτρονική κατανομή μέσα στα άτομα ή τα μόρια οδηγεί στο σχηματισμό ενός προσωρινού διπόλου, το οποίο, με τη σειρά του, μπορεί να προκαλέσει ένα δίπολο στο γειτονικό άτομο ή μόριο. Αυτό παράγει δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου. Αυτές οι δυνάμεις εξαρτώνται από το μέγεθος, το σχήμα του μορίου, τον αριθμό των ηλεκτρονίων και την απόσταση μεταξύ των ατόμων ή το μήκος δεσμού