Το Λονδίνο αναγκάζει χαρακτηριστικά και παραδείγματα

Το δυνάμεις του Λονδίνου, Οι δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου ή οι αλληλεπιδράσεις διπολικού επαγόμενου διπόλου, είναι ο ασθενέστερος τύπος διαμοριακών αλληλεπιδράσεων. Το όνομά του οφείλεται στις συνεισφορές του φυσικού Fritz London και των σπουδών του στον τομέα της κβαντικής φυσικής.

Οι δυνάμεις του Λονδίνου εξηγούν πώς αλληλεπιδρούν τα μόρια των οποίων οι δομές και τα άτομα καθιστούν αδύνατη τη δημιουργία μόνιμου διπόλου. δηλαδή, βασικά ισχύει για τα απολιτικά μόρια ή για τα άτομα που απομονώνονται από ευγενή αέρια. Σε αντίθεση με τις άλλες δυνάμεις Van der Waals, απαιτεί εξαιρετικά μικρές αποστάσεις.

Η καλή φυσική αναλογία των δυνάμεων του Λονδίνου μπορεί να τεθεί σε λειτουργία το σύστημα κλεισίματος Velcro (κορυφή). Πατώντας μία πλευρά του υφάσματος που είναι κεντημένη με γάντζους και το άλλο με ίνες, δημιουργείται ελκυστική δύναμη που είναι ανάλογη με την περιοχή των υφασμάτων.

Αφού σφραγιστούν και οι δύο πλευρές, πρέπει να ασκηθεί δύναμη για να εξουδετερώσει τις αλληλεπιδράσεις τους (που γίνονται από τα δάχτυλά μας) για να τις χωρίσουν. Το ίδιο ισχύει και για τα μόρια: όσο πιο ογκώδη ή επίπεδα είναι, τόσο μεγαλύτερες είναι οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις τους σε πολύ μικρές αποστάσεις.

Ωστόσο, δεν είναι πάντοτε δυνατόν να προσεγγιστούν αυτά τα μόρια σε απόσταση αρκετά κοντά ώστε οι αλληλεπιδράσεις τους να είναι αξιόλογες.

Όταν συμβαίνει αυτό, απαιτούν πολύ χαμηλές θερμοκρασίες ή πολύ υψηλές πιέσεις. ως τέτοια είναι η περίπτωση των αερίων. Επίσης, αυτός ο τύπος αλληλεπιδράσεων μπορεί να υπάρχει σε υγρές ουσίες (όπως η-εξάνιο) και στερεά (όπως ιώδιο).

Ευρετήριο

• 1 Χαρακτηριστικά
  • 1.1 Ομοιόμορφη κατανομή φορτίου
  • 1.2 Πολικότητα
  • 1.3 Είναι αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση
  • 1.4 Είναι άμεσα ανάλογη με τη μοριακή μάζα
• 2 Παραδείγματα δυνάμεων του Λονδίνου
  • 2.1 Στη φύση
  • 2.2 Αλκάνες
  • 2.3 Αλογόνα και αέρια
• 3 Αναφορές

Χαρακτηριστικά

Ποια χαρακτηριστικά πρέπει να έχει ένα μόριο ώστε να μπορεί να αλληλεπιδράσει μέσω των δυνάμεων του Λονδίνου; Η απάντηση είναι ότι ο καθένας θα μπορούσε να το κάνει, αλλά όταν υπάρχει μόνιμη διπολική στιγμή, οι αλληλεπιδράσεις δίπολο-διπόλης υπερισχύουν περισσότερο από τις αλληλεπιδράσεις διασποράς, συμβάλλοντας ελάχιστα στη φυσική φύση των ουσιών.

Σε δομές όπου δεν υπάρχουν ιδιαίτερα ηλεκτροαρνητικά άτομα ή των οποίων η κατανομή του ηλεκτροστατικού φορτίου είναι ομοιογενής, δεν υπάρχει κανένα άκρο ή περιοχή που να μπορεί να θεωρηθεί πλούσιο (δ-) ή φτωχό (δ +) σε ηλεκτρόνια.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, άλλες δυνάμεις πρέπει να παρεμβαίνει ή άλλως αυτές οι ενώσεις μπορούν να υφίστανται σε αέρια φάση μόνο ανεξάρτητα από το τι λειτουργούν συνθήκες συμπεριλαμβανομένης της πίεσης ή της θερμοκρασίας πάνω τους.

Ομογενής κατανομή φορτίου

Δύο απομονωμένα άτομα, όπως το νέον ή το αργό, έχουν ομοιογενή κατανομή φορτίου. Αυτό μπορεί να φανεί στην κορυφή της εικόνας Α. Οι λευκοί κύκλοι στο κέντρο αντιπροσωπεύουν τους πυρήνες, για τα άτομα ή τον μοριακό σκελετό, για τα μόρια. Αυτή η κατανομή φορτίου μπορεί να θεωρηθεί ως ένα σύννεφο από ηλεκτρόνια πράσινου χρώματος.

Γιατί τα ευγενή αέρια πληρούν αυτή την ομοιογένεια; Επειδή έχουν το ηλεκτρονικό τους στρώμα γεμάτο εντελώς, έτσι τα ηλεκτρόνια τους πρέπει θεωρητικά να αισθάνονται το φορτίο έλξης του πυρήνα σε όλες τις τροχιές εξίσου.

Σε αντίθεση με άλλα αέρια, όπως το ατομικό οξυγόνο (O), το στρώμα του είναι ατελές (το οποίο παρατηρείται στην ηλεκτρονική του διαμόρφωση) και τον αναγκάζει να σχηματίσει το διατομικό μόριο Ο₂ για να αντισταθμιστεί αυτή η ανεπάρκεια.

Οι πράσινοι κύκλοι του Α μπορούν επίσης να είναι μόρια, μικρά ή μεγάλα. Το σύννεφο του ηλεκτρόνια περιστρέφεται γύρω από όλα τα άτομα που το κάνουν, ειδικά τα πιο ηλεκτροαρνητικά. Γύρω από αυτά τα άτομα το σύννεφο θα συγκεντρωθεί και θα είναι πιο αρνητικό, ενώ άλλα άτομα θα έχουν ηλεκτρονική ανεπάρκεια.

Ωστόσο, αυτό το σύννεφο δεν είναι στατική, αλλά δυναμική, έτσι ώστε σε κάποιο σημείο σύντομη δ- και θα διαμορφωθεί δ + περιοχές, και ένα φαινόμενο που ονομάζεται συμβεί πόλωση.

Πολικότητα

Στο Α το σύννεφο πράσινου χρώματος υποδεικνύει ομοιογενή κατανομή αρνητικού φορτίου. Ωστόσο, η θετική δύναμη έλξης που ασκείται από τον πυρήνα μπορεί να ταλαντεύεται πάνω στα ηλεκτρόνια. Αυτό προκαλεί παραμόρφωση του σύννεφου δημιουργώντας έτσι περιοχές δ-, μπλε και δ +, κίτρινο.

Αυτή η ξαφνική διπολική στιγμή στο άτομο ή το μόριο μπορεί να παραμορφώσει ένα γειτονικό ηλεκτρονικό σύννεφο. με άλλα λόγια, προκαλεί ένα ξαφνικό δίπολο στον γείτονά του (Β, κορυφή εικόνας).

Αυτό συμβαίνει επειδή η περιοχή δ- ενοχλεί το γειτονικό σύννεφο, τα ηλεκτρόνια του αισθάνονται την ηλεκτροστατική απώθηση και προσανατολίζονται στον αντίθετο πόλο, εμφανίζονται δ+.

Σημειώστε πώς ευθυγραμμίζονται οι θετικοί και αρνητικοί πόλοι, όπως και τα μόρια με μόνιμες διπολικές στιγμές. Όσο πιο ογκώδες είναι το ηλεκτρονικό σύννεφο, τόσο πιο δύσκολο θα είναι ο πυρήνας του ομοιογενούς χώρου. και επίσης, όσο μεγαλύτερη είναι η παραμόρφωση του ίδιου, όπως φαίνεται στο C.

Επομένως, τα άτομα και τα μικρά μόρια είναι πιο απίθανο να είναι πολωμένα από οποιοδήποτε σωματίδιο στο περιβάλλον τους. Ένα παράδειγμα αυτής της κατάστασης απεικονίζεται από το μικρό μόριο υδρογόνου, H₂.

Για να συμπυκνωθεί, ή ακόμα περισσότερο, να κρυσταλλωθεί, χρειάζεται υπερβολικές πιέσεις για να αναγκάσει τα μόρια της να αλληλεπιδρούν φυσικά.

Είναι αντίστροφα ανάλογη με την απόσταση

Ακόμα κι αν σχηματίζονται στιγμιαία δίπολα που προκαλούν άλλους γύρω τους, δεν αρκούν για να συγκρατήσουν μαζί τα άτομα ή τα μόρια.

Στο Β υπάρχει μια απόσταση δ που χωρίζει τα δύο σύννεφα και τους δύο πυρήνες τους. Έτσι ώστε και τα δύο δίπολα να μπορούν να παραμείνουν για δεδομένο χρόνο, αυτή η απόσταση δ πρέπει να είναι πολύ μικρό.

Η προϋπόθεση αυτή πρέπει να εκπληρωθεί, ένα βασικό χαρακτηριστικό των δυνάμεων του Λονδίνου (θυμηθείτε το κλείσιμο του Velcro), έτσι ώστε να έχει αισθητή επίδραση στις φυσικές ιδιότητες του υλικού.

Μόλις δ να είναι μικρός, ο πυρήνας του αριστερού στο Β θα αρχίσει να προσελκύει την κυανή περιοχή δ- του γειτονικού ατόμου ή μορίου. Αυτό θα παραμορφώσει περαιτέρω το σύννεφο, όπως φαίνεται στο C (ο πυρήνας δεν είναι πλέον στο κέντρο αλλά στα δεξιά). Έπειτα, έρχεται ένα σημείο όπου αμφότερα τα σύννεφα αγγίζουν και "αναπηδούν", αλλά με αρκετά αργό ρυθμό για να τα συνεργαστούν για λίγο.

Επομένως, οι δυνάμεις του Λονδίνου είναι αντιστρόφως ανάλογες με την απόσταση δ. Στην πραγματικότητα, ο παράγοντας είναι ίσος με δ⁷, έτσι μια ελάχιστη μεταβολή της απόστασης μεταξύ των δύο ατόμων ή μορίων θα αποδυναμώσει ή θα ενισχύσει τη διασπορά του Λονδίνου.

Είναι άμεσα ανάλογη με τη μοριακή μάζα

Πώς να αυξήσετε το μέγεθος των σύννεφων έτσι ώστε να πολώνονται πιο εύκολα; Προσθέτοντας ηλεκτρόνια και γι 'αυτό ο πυρήνας πρέπει να έχει περισσότερα πρωτόνια και νετρόνια, αυξάνοντας έτσι την ατομική μάζα. ή, με την προσθήκη ατόμων στον σκελετό του μορίου, που με τη σειρά του θα αυξήσει τη μοριακή του μάζα

Με αυτόν τον τρόπο, οι πυρήνες ή ο μοριακός σκελετός θα ήταν λιγότερο πιθανό να κρατήσουν το ηλεκτρονικό σύννεφο ομοιόμορφο όλη την ώρα. Ως εκ τούτου, όσο μεγαλύτεροι είναι οι πράσινοι κύκλοι που εξετάζονται στους Α, Β και Γ, τόσο πιο πολωμένοι θα είναι και όσο μεγαλύτεροι θα είναι οι αλληλεπιδράσεις τους από τις δυνάμεις του Λονδίνου.

Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται σαφώς μεταξύ Β και Γ και θα μπορούσε να είναι ακόμη μεγαλύτερο αν οι κύκλοι ήταν μεγαλύτεροι σε διάμετρο. Αυτός ο συλλογισμός είναι το κλειδί για να εξηγηθούν οι φυσικές ιδιότητες πολλών ενώσεων σύμφωνα με τη μοριακή τους μάζα.

Παραδείγματα δυνάμεων του Λονδίνου

Στη φύση

Στην καθημερινή ζωή υπάρχουν αναρίθμητα παραδείγματα των δυνάμεων διασποράς του Λονδίνου χωρίς να χρειάζεται να επιχειρήσουμε, πρώτον, στον μικροσκοπικό κόσμο.

Ένα από τα πιο κοινά και εκπληκτικά παραδείγματα βρίσκεται στα πόδια των ερπετών που είναι γνωστά ως geckos (κορυφαία εικόνα) και σε πολλά έντομα (επίσης στον Spiderman).

Στα πόδια τους έχουν μαξιλάρια από τα οποία προεξέχουν χιλιάδες μικρά νημάτια. Στην εικόνα μπορείτε να δείτε ένα gecko που παρουσιάζει στην πλαγιά ενός βράχου. Για να το πετύχει αυτό, χρησιμοποιεί τις διαμοριακές δυνάμεις μεταξύ του βράχου και των νηματίων των ποδιών του.

Κάθε ένα από αυτά τα νήματα αλληλεπιδρά ασθενώς με την επιφάνεια στην οποία ζυγίζει το μικρό ερπετό, αλλά αφού είναι χιλιάδες από αυτά, ασκούν μια δύναμη ανάλογη με την περιοχή των ποδιών τους, αρκετά ισχυρή ώστε να παραμένει συνδεδεμένη και ικανή να αναρριχηθεί. Οι γκέκοι είναι επίσης σε θέση να αναρριχηθούν σε ομαλές και τέλειες επιφάνειες όπως αυτές των κρυστάλλων.

Αλκάνες

Τα αλκανούς είναι κορεσμένοι υδρογονάνθρακες που αλληλεπιδρούν επίσης από τις δυνάμεις του Λονδίνου. Οι μοριακές τους δομές αποτελούνται απλώς από άνθρακα και υδρογόνο που συνδέονται με απλούς δεσμούς. Δεδομένου ότι η διαφορά ηλεκτροαρνητικότητας μεταξύ C και H είναι πολύ μικρή, είναι απολιτικές ενώσεις.

Έτσι, μεθάνιο, CH₄, ο μικρότερος υδρογονάνθρακας όλων, βράζει στους -161,7 ° C. Καθώς τα C και Η προστίθενται στον σκελετό, λαμβάνονται άλλα αλκάνια με υψηλότερες μοριακές μάζες.

Με αυτόν τον τρόπο, δημιουργείται το αιθάνιο (-88,6 ° C), το βουτάνιο (-0,5 ° C) και το οκτάνιο (125,7 ° C). Παρατηρήστε πώς αυξάνουν τα σημεία βρασμού καθώς τα αλκάνια γίνονται βαρύτερα.

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα ηλεκτρονικά τους σύννεφα είναι πιο πολωμένα και οι δομές τους έχουν μεγαλύτερη επιφάνεια, πράγμα που αυξάνει την επαφή μεταξύ των μορίων τους.

Το οκτάνιο, αν και είναι μια απολιθωμένη ένωση, έχει υψηλότερο σημείο βρασμού από το νερό.

Αλογόνα και αέρια

Οι δυνάμεις του Λονδίνου είναι επίσης παρούσες σε πολλές αεριώδεις ουσίες. Για παράδειγμα, Ν μόρια₂, H₂, CO₂, F₂, Cl₂ και όλα τα ευγενή αέρια, αλληλεπιδρούν με αυτές τις δυνάμεις, δεδομένου ότι παρουσιάζουν ομοιογενή ηλεκτροστατική κατανομή, η οποία μπορεί να υποστεί στιγμιαία διπόλια και να προκαλέσει πόλωση.

Τα ευγενή αέρια είναι He (ήλιο), Ne (νέον), Ar (αργόν), Kr (κρυπτόνιο), Xe (xenon) και Rn (ραδόνιο). Από αριστερά προς τα δεξιά, τα σημεία βρασμού αυξάνονται με την αύξηση των ατομικών μαζών: -269, -246, -186, -152, -108 και -62 ºC.

Τα αλογόνα αλληλεπιδρούν επίσης μέσω αυτών των δυνάμεων. Το φθόριο είναι ένα αέριο σε θερμοκρασία δωματίου, ακριβώς όπως το χλώριο. Το βρώμιο, με μεγαλύτερη ατομική μάζα, είναι υπό φυσιολογικές συνθήκες ως κοκκινωπό υγρό και το ιώδιο τελικά σχηματίζει ένα πορφυρό στερεό που υποβιβάζεται γρήγορα επειδή είναι βαρύτερο από τα άλλα αλογόνα.

Αναφορές

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Χημεία (8η έκδοση). CENGAGE Learning, σελ. 452-455.
2. Ángeles Méndez. (22 Μαΐου 2012). Δυνάμεις διασποράς (από το Λονδίνο). Ανακτήθηκε από: quimica.laguia2000.com
3. Δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου. Ανακτήθηκε από: chem.purdue.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Ιουνίου 2018). 3 Τύποι διαμοριακών δυνάμεων. Ανακτήθηκε από: thoughtco.com
5. Ryan Ilagan & Gary L Bertrand. Αλληλεπιδράσεις διασποράς στο Λονδίνο. Από: chem.libretexts.org
6. ChemPages Netorials. Δυνάμεις του Λονδίνου. Ανακτήθηκε από: chem.wisc.edu
7. Κάμερεον. (22 Μαΐου 2013). Gecko: Οι δυνάμεις του gecko και του Van der Waals. Ανακτήθηκε από: almabiologica.com