Cosa sono le forze di dispersione di Londra e come funzionano?

Le forze di dispersione di London sono un tipo particolare di forze intermolecolari deboli di van der Waals . Infatti, rappresentano le interazioni intermolecolari più deboli di tutte. Sono il tipo di forze attrattive a corto raggio che sorgono tra qualsiasi coppia di molecole o atomi quando sono molto vicine l’una all’altra. Questi tipi di interazioni sono formati dalla presenza di dipoli istantanei sulla superficie delle molecole che attraggono altri dipoli istantanei sulle molecole vicine.

Essendo forze così deboli, sono difficili da misurare o osservare nei composti ionici e nelle molecole polari, poiché queste presentano altri tipi di interazioni più forti che le mascherano. Questo è il motivo per cui le forze di London si manifestano in modo misurabile solo nelle molecole non polari e nelle specie monoatomiche come i gas nobili.

Infatti, le forze di dispersione di London sono l’unico tipo di interazioni intermolecolari (o interatomiche) esibite da gas nobili e molecole apolari, poiché queste non esibiscono tipi più forti di interazioni come legami idrogeno (ex ponti idrogeno), dipolo-dipolo o interazioni dipolo-dipolo indotte.

Infine, si potrebbe dire che le forze di Londra sono responsabili del fatto che atomi di gas nobili e molecole apolari possono condensare per formare liquidi o solidificare, anche a temperature molto basse.

Come funzionano le forze londinesi?

Come tutte le altre forme di interazione intermolecolare, anche le forze di dispersione di London sono forze di attrazione elettrostatica.

Tuttavia, vale la pena porsi la domanda: come è possibile che esistano forze di attrazione elettrostatica tra atomi o molecole neutri e apolari?

La risposta a questa domanda ha a che fare con il fatto che gli elettroni sono in costante movimento attorno al nucleo e lungo i legami chimici. Nonostante si muovano molto velocemente e siano, in media, uniformemente distribuiti, può succedere che, durante un breve periodo di tempo, ci siano più elettroni su un lato del nucleo o su un lato del legame che sull’altro . Di conseguenza si forma un dipolo elettrico, poiché una parte dell’atomo (o molecola) avrà un eccesso di cariche positive, mentre l’altra avrà un eccesso di cariche negative.

Questi dipoli sono chiamati dipoli istantanei poiché durano molto poco, ma possono formarsi ovunque in una molecola o in un atomo neutro . Quando due molecole sono molto vicine tra loro, la formazione spontanea di un dipolo in una delle molecole induce la formazione di un secondo dipolo nell’altra molecola, generando così una forza attrattiva tra i due dipoli, che è appunto la forza di dispersione di London .

Il motivo per cui le forze di Londra sono così deboli è perché i dipoli responsabili dell’attrazione sono molto brevi e appaiono e scompaiono costantemente. Tuttavia, in un dato momento possono formarsi più dipoli istantanei, quindi mentre alcuni dipoli scompaiono da un lato, altri possono apparire dall’altro, tenendo insieme le due molecole o i due atomi.

Determinanti delle forze di dispersione di London

Così come ci sono molti fattori che determinano quanto sono forti i legami idrogeno, le interazioni dipolo-dipolo e tutto il resto, ci sono anche fattori che ti permettono di determinare quando le forze di Londra sono più forti o più deboli:

Più grande è l’atomo, maggiori sono le forze di dispersione di Londra.

Più grandi sono gli atomi, più lontani sono i loro elettroni di valenza dal nucleo, quindi sono più debolmente legati ad esso. Questo rende più facile deformare le nuvole di elettroni per generare dipoli indotti. In altre parole, questi atomi sono più polarizzabili.

Più un atomo è polarizzabile, maggiori sono i dipoli indotti che si possono formare, quindi maggiori sono le forze London tra i due atomi. Ecco perché, a temperatura ambiente, il bromo è un liquido mentre il cloro e il fluoro sono gas e lo iodio è un solido, nonostante tutti gli alogeni formino molecole biatomiche apolari con la stessa forma.

superficie di contatto

Come regola generale, maggiore è la superficie di contatto tra due molecole, maggiore è la forza di dispersione di London tra di esse.

Il motivo per cui ciò accade è che maggiore è la superficie di contatto tra due molecole (o anche due superfici qualsiasi), più dipoli istantanei si formeranno in qualsiasi momento. Sebbene i dipoli istantanei siano molto deboli, la formazione di molti dipoli istantanei che si sommano in un dato momento crea una grande forza netta di attrazione tra le due molecole.

Questo è il motivo per cui gli isomeri lineari degli alcani hanno sempre un punto di ebollizione e di fusione più alto rispetto ai loro omologhi ramificati, poiché meno ramificato è un composto, più lungo sarà e, quindi, maggiore sarà la superficie di contatto che avrà con un altro molecola simile.

Riferimenti

Marrone, T. (2021). Chimica: la scienza centrale. (11a ed.). Londra, Inghilterra: Pearson Education.

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS e Herranz, ZR (2020). Chimica (10a ed.). New York City, NY: MCGRAW-HILL.

Rutherford, J. (2005). Legame di van der Waals e gas inerti. Enciclopedia della fisica della materia condensata , 286–290. https://doi.org/10.1016/b0-12-369401-9/00407-1