Londono pajėgos ir pavyzdžiai



The Londono pajėgos, Londono dispersijos jėgos arba dipolio sukeltos dipolio sąveikos yra silpniausia intermolekulinių sąveikų rūšis. Jo vardas susijęs su fiziko Fritzo Londono įnašais ir jo studijomis kvantinės fizikos srityje.

Londono pajėgos paaiškina, kaip molekulės sąveikauja, kurių struktūros ir atomai neleidžia formuotis nuolatiniam dipoliui; tai yra, ji iš esmės taikoma apolinėms molekulėms arba atomai, išskirtiems iš tauriųjų dujų. Skirtingai nuo kitų „Van der Waals“ pajėgų, reikia labai trumpų atstumų.

Velcro uždarymo sistemoje (viršutiniame paveikslėlyje) galima rasti gerą fizinę Londono pajėgų analogiją. Paspaudus vieną audinio pusę, siuvinėtą kabliukais, o kitą - su pluoštais, sukuriama patraukli jėga, proporcinga audinių plotui..

Kai abi pusės yra uždarytos, turi būti daroma jėga, kad būtų užkirstas kelias jų tarpusavio sąveikai (padaryta pirštų), kad juos atskirtume. Tas pats pasakytina apie molekules: kuo didesnės apimties arba plokščios, tuo didesnės jų molekulinės sąveikos labai trumpais atstumais.

Vis dėlto ne visada įmanoma suderinti šias molekules pakankamai arti atstumo, kad jų sąveika būtų pastebima.

Tokiu atveju jiems reikia labai žemos temperatūros arba labai aukšto slėgio; taip yra dujų atveju. Be to, šios sąveikos rūšys gali būti skystose medžiagose (pvz., N-heksane) ir kietosiose medžiagose (pvz., Jode)..

Indeksas

  • 1 Charakteristikos
    • 1.1 Vienodas apkrovos paskirstymas
    • 1.2 Poliarizuotumas
    • 1.3 Jis yra atvirkščiai proporcingas atstumui
    • 1.4 Jis yra tiesiogiai proporcingas molekulinei masei
  • 2 Londono pajėgų pavyzdžiai
    • 2.1 Gamtoje
    • 2.2 Alkanai
    • 2.3 Halogenai ir dujos
  • 3 Nuorodos

Savybės

Kokias savybes turi turėti molekulė, kad ji galėtų bendrauti per Londono pajėgas? Atsakymas yra tas, kad kiekvienas galėtų tai padaryti, bet kai yra nuolatinis dipolio momentas, dipolio-dipolio sąveika vyrauja daugiau nei dispersijos sąveika, o tai labai mažai prisideda prie medžiagų fizinio pobūdžio..

Struktūrose, kuriose nėra labai elektronegatyvių atomų arba kurių elektrostatinio krūvio pasiskirstymas yra homogeniškas, nėra galo ar regiono, kuris gali būti laikomas turtingu (δ-) arba prastu (δ +) elektronuose..

Tokiais atvejais turi įsikišti kita jėgos rūšis arba kitaip šie junginiai gali egzistuoti tik dujų fazėje, neatsižvelgiant į tai, kokią slėgio ar temperatūros sąlygas jie veikia..

Homogeniškas apkrovos pasiskirstymas

Du izoliuoti atomai, tokie kaip neonas arba argonas, turi homogeninį įkrovos pasiskirstymą. Tai galima matyti viršutiniame A paveiksle. Baltieji apskritimai centre atstovauja molekulių branduolius, atomus arba molekulinį skeletą. Šis įkrovos paskirstymas gali būti laikomas žalios spalvos elektronų debesiu.

Kodėl grynosios dujos atitinka šį homogeniškumą? Kadangi jų elektroninis sluoksnis yra visiškai užpildytas, todėl jų elektronai teoriškai turi jaustis branduolio pritraukimo visose orbitose lygiai.

Skirtingai nuo kitų dujų, pvz., Atominio deguonies (O), jo sluoksnis yra neišsami (tai pastebima jos elektroninėje konfigūracijoje) ir priverčia jį sudaryti diatominę molekulę O2 kompensuoti šį trūkumą.

A žali ratai taip pat gali būti mažos arba didelės molekulės. Jo elektronų debesis sukasi aplink visus atomus, ypač tuos, kurie yra elektroniškesni. Aplink šiuos atomus debesys bus sutelktas ir bus neigiamas, o kiti atomai turės elektroninį trūkumą.

Tačiau šis debesis nėra statinis, bet dinamiškas, taigi tam tikru momentu bus trumpi regionai δ- ir δ +, o reiškinys vadinamas poliarizacija.

Poliarizuotumas

A: žalios spalvos debesis rodo, kad neigiamas įkrovimas yra vienodas. Tačiau teigiamas patrauklumas, kurį daro branduolys, gali virpėti elektronuose. Tai sukelia debesies deformaciją, taip sukuriant regionus δ-, mėlynus ir δ +, geltonus.

Šis staigus dipolio momentas atomo ar molekulėje gali iškreipti gretimą elektroninį debesį; kitaip tariant, jis sukelia staigų dipolį savo kaimynui (B, viršutinis vaizdas).

Taip yra todėl, kad regionas δ - trikdo kaimyninį debesį, jo elektronai jaučia elektrostatinę atbaidymą ir yra orientuoti į priešingą polį, rodantį δ+.

Atkreipkite dėmesį, kaip teigiami ir neigiami poliai lygūs, kaip ir molekulės su nuolatinėmis dipolio akimirkomis. Kuo didesnis erdvinis elektroninis debesis, tuo sunkiau branduolys išlaikys jį vienodą erdvėje; taip pat, tuo didesnė tos pačios deformacijos, kaip matyti C.

Todėl atomai ir mažos molekulės yra labiau tikėtina, kad poliarizuotų bet kokia jų dalelė. Šios situacijos pavyzdį iliustruoja maža vandenilio molekulė, H2.

Norint kondensuoti, ar dar labiau kristalizuoti, reikia pernelyg didelio spaudimo, kad priverstų savo molekules fiziškai bendrauti.

Jis yra atvirkščiai proporcingas atstumui

Net jei susidaro momentiniai dipoliai, kurie skatina kitus aplink juos, jie nėra pakankami atomų ar molekulių laikymui kartu.

B yra atstumas d kuris atskiria du debesis ir jų du branduolius. Taigi, kad abu dipoliai gali likti tam tikrą laiką, šis atstumas d jis turi būti labai mažas.

Ši sąlyga turi būti įvykdyta, svarbi Londono pajėgų savybė (prisiminti „Velcro“ uždarymą), kad ji galėtų pastebimai paveikti fizines medžiagos savybes..

Kartą d būti nedidelis, kairėje esančio B branduolys pradės pritraukti gretimo atomo ar molekulės mėlyną regioną δ-. Tai dar labiau deformuos debesį, kaip matyti C (šerdis nebėra centre, bet dešinėje). Tada ateina taškas, kur abu debesys lieka ir „šokinėja“, bet pakankamai lėtai, kad juos kartu būtų galima sujungti.

Todėl Londono pajėgos yra atvirkščiai proporcingos atstumui d. Tiesą sakant, šis koeficientas yra lygus d7, taip minimalus atstumas tarp abiejų atomų ar molekulių susilpnins arba sustiprins Londono dispersiją.

Jis yra tiesiogiai proporcingas molekulinei masei

Kaip padidinti debesų dydį, kad jie būtų lengviau poliarizuojami? Elektronų pridėjimas ir branduolys turi turėti daugiau protonų ir neutronų, taip padidinant atominę masę; arba, pridedant atomų prie molekulės skeleto, kuris savo ruožtu padidintų molekulinę masę

Tokiu būdu, branduoliai arba molekulinis skeletas greičiausiai visą laiką išlaikytų elektroninį debesį vienodai. Todėl kuo didesnis A, B ir C žaliųjų ratų skaičius, tuo labiau jie bus poliarizuotes ir kuo didesnė jų sąveika Londone..

Šis efektas aiškiai pastebimas tarp B ir C, ir gali būti dar didesnis, jei apskritimai būtų didesni skersmens. Šis argumentas yra labai svarbus paaiškinant daugelio junginių fizines savybes pagal jų molekulinę masę.

Londono pajėgų pavyzdžiai

Gamtoje

Kasdieniame gyvenime yra daugybė Londono dispersijos pajėgų pavyzdžių, nereikalaujant visų pirma į mikroskopinį pasaulį.

Vienas iš labiausiai paplitusių ir stebinančių pavyzdžių yra roplių, žinomų kaip gekos (viršutinis vaizdas), ir daugelyje vabzdžių kojose (taip pat ir Spiderman)..

Jų kojose jie turi pagalvėlių, iš kurių išsikiša tūkstančiai mažų gijų. Paveikslėlyje galite pamatyti gekoną, sukurtą ant uolos šlaito. Norint tai pasiekti, ji naudoja tarpmolekulines jėgas tarp akmens ir jo kojų gijų.

Kiekvienas iš šių siūlų silpnai sąveikauja su paviršiu, ant kurio yra maža roplių skalė, bet kadangi jie yra tūkstančiai jų, jie turi jėgas, proporcingas jų kojų plotui, pakankamai stiprus, kad liktų pritvirtintas ir galėtų lipti. „Geckos“ taip pat gali lipti lygiais ir puikiais paviršiais, pavyzdžiui, kristalais.

Alkanai

Alkanai yra sočiųjų angliavandenilių, kurie taip pat sąveikauja su Londono pajėgomis. Jų molekulinės struktūros susideda tik iš anglies ir vandenilio, susieto su paprastomis jungtimis. Atsižvelgiant į tai, kad elektronų skirtumų tarp C ir H skirtumas yra labai mažas, jie yra apoliniai junginiai.

Taigi, metanas, CH4, mažiausias angliavandenilis, virsta -161,7ºC. Kadangi į skeletą pridedama C ir H, gaunami kiti alkanai, turintys didesnę molekulinę masę.

Tokiu būdu atsiranda etanas (-88,6ºC), butanas (-0,5 ºC) ir oktanas (125,7 ºC). Atkreipkite dėmesį, kaip virimo taškai didėja, nes alkanai tampa sunkesni.

Taip yra todėl, kad jų elektroniniai debesys yra labiau poliarizuojami, o jų struktūros turi didesnį paviršiaus plotą, kuris padidina jų molekulių ryšį.

Oktaanas, nors ir apolinis junginys, virimo temperatūra yra aukštesnė už vandenį.

Halogenai ir dujos

Londono pajėgos taip pat yra daugelyje dujinių medžiagų. Pavyzdžiui, N molekulės2, H2, CO2, F2, Cl2 ir visos tauriosios dujos, sąveikaujančios su šiomis jėgomis, nes jos turi vienodą elektrostatinį pasiskirstymą, kuris gali patirti momentinius dipoles ir sukelti poliarizaciją.

Kilmingos dujos yra He (helis), Ne (neonas), Ar (argonas), Kr (kriptonas), Xe (ksenonas) ir Rn (radonas). Iš kairės į dešinę jos virimo taškai didėja padidėjus atominėms masėms: -269, -246, -186, -152, -108 ir -62 ° C.

Halogenai taip pat sąveikauja per šias jėgas. Fluoras yra dujų temperatūra kambario temperatūroje, kaip ir chloras. Bromas, turintis didesnę atominę masę, yra normaliomis sąlygomis kaip rausvas skystis, o jodas, galiausiai, sudaro purpurinę kietą medžiagą, kuri greitai sublimuoja, nes ji yra sunkesnė už kitus halogenus..

Nuorodos

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemija (8-asis red.). „CENGAGE Learning“, p. 452-455.
  2. Ángeles Méndez. (2012 m. Gegužės 22 d.). Dispersijos jėgos (iš Londono). Gauta iš: quimica.laguia2000.com
  3. Londono dispersijos pajėgos. Gauta iš: chem.purdue.edu
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 m. Birželio 22 d.). 3 Tarpmolekulinių pajėgų tipai. Gauta iš: thinkco.com
  5. Ryan Ilagan & Gary L Bertrand. Londono dispersijos sąveika. Paimta iš: chem.libretexts.org
  6. ChemPages Netorials. Londono pajėgos. Gauta iš: chem.wisc.edu
  7. Kamereon. (2013 m. Gegužės 22 d.). Gecko: Gekko ir Van der Waalso pajėgos. Gauta iš: almabiologica.com