Ce sunt forțele de dispersie din Londra și cum funcționează?

Forțele de dispersie de la Londra sunt un tip particular de forțe intermoleculare slabe van der Waals . De fapt, ele reprezintă cele mai slabe interacțiuni intermoleculare dintre toate. Sunt genul de forțe atractive cu rază scurtă de acțiune care apar între orice pereche de molecule sau atomi atunci când sunt foarte aproape unul de celălalt. Aceste tipuri de interacțiuni sunt formate prin prezența unor dipoli instantanei pe suprafața moleculelor care atrag alți dipoli instantanei pe moleculele vecine.

Fiind astfel de forțe slabe, ele sunt greu de măsurat sau observat în compușii ionici și în moleculele polare, deoarece acestea prezintă alte tipuri de interacțiuni mai puternice care le maschează. Acesta este motivul pentru care forțele londoneze se manifestă doar într-un mod măsurabil în moleculele nepolare și în speciile monoatomice precum gazele nobile.

De fapt, forțele de dispersie de la Londra sunt singurul tip de interacțiuni intermoleculare (sau interatomice) prezentate de gazele nobile și moleculele apolare, deoarece acestea nu prezintă tipuri mai puternice de interacțiuni, cum ar fi legăturile de hidrogen (foste punți). hidrogen), dipol-dipol sau interacțiuni dipol-dipol induse.

În cele din urmă, s-ar putea spune că forțele londoneze sunt responsabile pentru faptul că atomii de gaz nobil și moleculele nepolare se pot condensa pentru a forma lichide sau solidifica, chiar și la temperaturi foarte scăzute.

Cum funcționează forțele londoneze?

Ca toate celelalte forme de interacțiuni intermoleculare, forțele de dispersie de la Londra sunt, de asemenea, forțe de atracție electrostatică.

Cu toate acestea, merită să puneți întrebarea: cum este posibil să existe forțe de atracție electrostatică între atomii sau moleculele neutre și apolare?

Răspunsul la această întrebare are de-a face cu faptul că electronii sunt în mișcare constantă în jurul nucleului și de-a lungul legăturilor chimice. În ciuda faptului că se mișcă foarte repede și sunt, în medie, distribuite uniform, se poate întâmpla ca, într-o perioadă scurtă de timp, să existe mai mulți electroni pe o parte a nucleului sau pe o parte a legăturii decât pe cealaltă. . În consecință, se formează un dipol electric, deoarece o parte a atomului (sau moleculă) va avea un exces de sarcini pozitive, în timp ce cealaltă va avea un exces de sarcini negative.

Acești dipoli sunt numiți dipoli instantanei deoarece durează foarte puțin, dar se pot forma oriunde într-o moleculă sau un atom neutru . Când două molecule sunt foarte apropiate una de cealaltă, formarea spontană a unui dipol într-una dintre molecule induce formarea unui al doilea dipol în cealaltă moleculă, generând astfel o forță de atracție între cei doi dipoli, care este tocmai forța de dispersie de la Londra. .

Motivul pentru care forțele londoneze sunt atât de slabe este că dipolii responsabili de atracție sunt foarte scurti și apar și dispar în mod constant. Cu toate acestea, mai mulți dipoli instantanei se pot forma la un moment dat, așa că în timp ce unii dipoli dispar pe o parte, alții pot apărea pe cealaltă parte, ținând împreună cele două molecule sau doi atomi.

Determinanți ai forțelor de dispersie din Londra

Așa cum există mulți factori care determină cât de puternice sunt legăturile de hidrogen, interacțiunile dipol-dipol și toate celelalte, există și factori care vă permit să determinați când forțele de la Londra sunt mai puternice sau mai slabe:

Cu cât atomul este mai mare, cu atât forțele de dispersie din Londra sunt mai mari.

Cu cât atomii sunt mai mari, cu atât electronii lor de valență sunt mai departe de nucleu, deci sunt legați mai lejer de acesta. Acest lucru face mai ușor deformarea norilor de electroni pentru a genera dipoli induși. Cu alte cuvinte, acești atomi sunt mai polarizabili.

Cu cât un atom este mai polarizabil, cu atât dipolii induși care pot fi formați sunt mai mari, deci cu atât forțele londoneze dintre cei doi atomi sunt mai mari. Acesta este motivul pentru care, la temperatura camerei, bromul este un lichid, în timp ce clorul și fluorul sunt gaze, iar iodul este un solid, în ciuda faptului că toți halogenii formează molecule diatomice nepolare cu aceeași formă.

suprafata de contact

Ca regulă generală, cu cât suprafața de contact dintre două molecule este mai mare, cu atât forțele de dispersie de la Londra dintre ele sunt mai mari.

Motivul pentru care se întâmplă acest lucru este că, cu cât suprafața de contact dintre două molecule (sau chiar orice două suprafețe) este mai mare, cu atât se vor forma mai mulți dipoli instantanei la un moment dat. Deși dipolii instantanei sunt foarte slabi, formarea multor dipoli instantanei care se adună la un moment dat creează o forță netă mare de atracție între cele două molecule.

Acesta este motivul pentru care izomerii liniari ai alcanilor au întotdeauna un punct de fierbere și de topire mai mare decât omologii lor ramificati, deoarece cu cât un compus este mai puțin ramificat, cu atât va fi mai lung și, prin urmare, cu atât va avea suprafața de contact mai mare cu altul. moleculă asemănătoare.

Referințe

Brown, T. (2021). Chimie: Știința Centrală. (ed. a 11-a). Londra, Anglia: Pearson Education.

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

Rutherford, J. (2005). legături van der Waals și gaze inerte. Enciclopedia fizicii materiei condensate , 286–290. https://doi.org/10.1016/b0-12-369401-9/00407-1