Tabla de Contenidos
Londyńskie siły dyspersyjne są szczególnym rodzajem słabych sił międzycząsteczkowych van der Waalsa . W rzeczywistości reprezentują najsłabsze interakcje międzycząsteczkowe ze wszystkich. Są rodzajem sił przyciągania krótkiego zasięgu, które powstają między dowolną parą cząsteczek lub atomów, gdy są one bardzo blisko siebie. Tego typu oddziaływania powstają w wyniku obecności chwilowych dipoli na powierzchni cząsteczek, które przyciągają inne natychmiastowe dipole na sąsiednich cząsteczkach.
Będąc tak słabymi siłami, trudno je zmierzyć lub zaobserwować w związkach jonowych i cząsteczkach polarnych, ponieważ przedstawiają one inne rodzaje silniejszych oddziaływań, które je maskują. To dlatego siły londyńskie manifestują się w mierzalny sposób tylko w cząsteczkach niepolarnych i w gatunkach jednoatomowych, takich jak gazy szlachetne.
W rzeczywistości londyńskie siły dyspersji są jedynym rodzajem oddziaływań międzycząsteczkowych (lub międzyatomowych) wykazywanych przez gazy szlachetne i cząsteczki apolarne, ponieważ nie wykazują one silniejszych typów oddziaływań, takich jak wiązania wodorowe (dawniej mostki), wodór), dipol-dipol lub indukowane oddziaływania dipol-dipol.
Wreszcie można powiedzieć, że siły londyńskie są odpowiedzialne za to, że atomy gazu szlachetnego i cząsteczki niepolarne mogą się skraplać, tworząc ciecze lub krzepnąć, nawet w bardzo niskich temperaturach.
Jak działają siły londyńskie?
Podobnie jak wszystkie inne formy oddziaływań międzycząsteczkowych, londyńskie siły dyspersyjne są również siłami przyciągania elektrostatycznego.
Warto jednak zadać sobie pytanie: jak to możliwe, że między neutralnymi i apolarnymi atomami lub cząsteczkami działają siły przyciągania elektrostatycznego?
Odpowiedź na to pytanie wiąże się z faktem, że elektrony są w ciągłym ruchu wokół jądra i wzdłuż wiązań chemicznych. Pomimo tego, że poruszają się bardzo szybko i są średnio równomiernie rozmieszczone, może się zdarzyć, że w krótkim czasie po jednej stronie jądra lub po jednej stronie wiązania będzie więcej elektronów niż po drugiej . W konsekwencji powstaje dipol elektryczny, ponieważ jedna część atomu (lub cząsteczki) będzie miała nadmiar ładunków dodatnich, podczas gdy druga będzie miała nadmiar ładunków ujemnych.
Te dipole nazywane są dipolami natychmiastowymi, ponieważ trwają bardzo krótko, ale mogą tworzyć się w dowolnym miejscu cząsteczki lub obojętnego atomu . Kiedy dwie cząsteczki są bardzo blisko siebie, spontaniczne utworzenie dipola w jednej z cząsteczek indukuje utworzenie drugiego dipola w drugiej cząsteczce, generując w ten sposób siłę przyciągania między dwoma dipolami, która jest dokładnie londyńską siłą dyspersyjną .
Powodem, dla którego siły londyńskie są tak słabe, jest to, że dipole odpowiedzialne za przyciąganie są bardzo krótkie i stale pojawiają się i znikają. Jednak w danym momencie może powstać wiele dipoli chwilowych, więc podczas gdy niektóre dipole znikają po jednej stronie, inne mogą pojawić się po drugiej stronie, utrzymując razem dwie cząsteczki lub dwa atomy.
Determinanty londyńskich sił dyspersyjnych
Tak jak istnieje wiele czynników, które określają, jak silne są wiązania wodorowe, interakcje dipol-dipol i cała reszta, istnieją również czynniki, które pozwalają określić, kiedy siły londyńskie są silniejsze lub słabsze:
Im większy atom, tym większe siły dyspersyjne w Londynie.
Im większe atomy, tym dalej ich elektrony walencyjne znajdują się od jądra, a więc są z nim luźniej związane. Ułatwia to wypaczanie chmur elektronów w celu wygenerowania indukowanych dipoli. Innymi słowy, atomy te są bardziej polaryzowalne.
Im bardziej polaryzowalny jest atom, tym większe mogą być indukowane dipole, a więc tym większe siły londyńskie między dwoma atomami. Dlatego w temperaturze pokojowej brom jest cieczą, podczas gdy chlor i fluor są gazami, a jod jest ciałem stałym, pomimo faktu, że wszystkie halogeny tworzą niepolarne cząsteczki dwuatomowe o tym samym kształcie.
powierzchnia styku
Ogólna zasada jest taka, że im większa powierzchnia kontaktu między dwiema cząsteczkami, tym większe są między nimi siły dyspersji londyńskiej.
Powodem tego jest to, że im większa powierzchnia styku między dwiema cząsteczkami (lub nawet dowolnymi dwiema powierzchniami), tym bardziej natychmiastowe będą tworzyć się dipole w dowolnym momencie. Chociaż natychmiastowe dipole są bardzo słabe, utworzenie wielu natychmiastowych dipoli, które sumują się w danym czasie, tworzy dużą siłę przyciągania wypadkowego między dwiema cząsteczkami.
To jest powód, dla którego liniowe izomery alkanów mają zawsze wyższą temperaturę wrzenia i topnienia niż ich rozgałęzione odpowiedniki, ponieważ im mniej rozgałęziony jest związek, tym dłuższy będzie, a zatem tym większa będzie powierzchnia kontaktu. podobna cząsteczka.
Bibliografia
Brązowy, T. (2021). Chemia: nauka centralna. (11 wyd.). Londyn, Anglia: Pearson Education.
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS i Herranz, ZR (2020). Chemia (wyd. 10). Nowy Jork, NY: MCGRAW-HILL.
Rutherford, J. (2005). Wiązanie van der Waalsa i gazy obojętne. Encyklopedia fizyki materii skondensowanej , 286–290. https://doi.org/10.1016/b0-12-369401-9/00407-1
