LONDONSKE SNAGE: KARAKTERISTIKE I PRIMJERI - KEMIJA - 2025

U Londonu snage, London disperzija sile ili izazvane-dipol dipol interakcije, najslabija vrsta interakcija. Ime je dobio po doprinosu fizičara Fritza Londona i njegovim studijama iz područja kvantne fizike.

Londonske sile objašnjavaju kako molekule međusobno funkcioniraju čije strukture i atomi onemogućavaju mu da stvori trajni dipol; to jest, u osnovi se odnosi na apolarne molekule ili na izolirane atome plemenitih plinova. Za razliku od ostalih Van der Waalsovih snaga, ova zahtijeva iznimno kratke udaljenosti.

Izvor: Hadley Paul Garland preko Flickr-a

Dobra fizička analogija londonskim snagama može se naći u radu sustava za zatvaranje Velcro (slika gore). Pritiskom na jednu stranu vezene tkanine s kukama, a drugu s vlaknima, stvara se privlačna sila koja je proporcionalna površini tkanine.

Jednom kada su oba lica zapečaćena, mora se uspostaviti sila koja će spriječiti njihove interakcije (napravljene našim prstima) kako bi ih razdvojile. Isto se odnosi i na molekule: što su voluminoznije ili ravne, to su veće njihove intermolekularne interakcije na vrlo kratkim udaljenostima.

Međutim, nije uvijek moguće ove molekule dovoljno približiti da bi bile vidljive njihove interakcije.

Kad je to tako, zahtijevaju vrlo niske temperature ili vrlo visoke pritiske; kao takav je slučaj plinova. Isto tako, ove vrste interakcija mogu biti prisutne u tekućim tvarima (poput n-heksana) i čvrstim tvarima (poput joda).

karakteristike

Izvor: Gabriel Bolívar

Koje karakteristike mora imati molekula da bi mogla komunicirati pomoću londonskih sila? Odgovor je da bi to mogao učiniti bilo tko, ali kada postoji trajni dipolni trenutak, interakcije dipola i dipola prevladavaju više nego raspršene, vrlo malo doprinoseći fizičkoj prirodi tvari.

U strukturama u kojima nema visoko elektronegativnih atoma ili čija je elektrostatička raspodjela naboja homogena, ne postoji ekstrem ili regija koja se može smatrati bogatom (δ-) ili lošom (δ +) elektronima.

U tim slučajevima moraju intervenirati druge vrste sila ili bi u protivnom ovi spojevi mogli postojati samo u plinskoj fazi, bez obzira na pritisak i temperaturu koji djeluju na njih.

Homogena raspodjela opterećenja

Dva izolirana atoma, poput neona ili argona, imaju homogenu raspodjelu naboja. To se može vidjeti na A, gornjoj slici. Bijeli krugovi u središtu predstavljaju jezgre, za atome ili molekularni kostur, za molekule. Ova raspodjela naboja može se smatrati oblakom zelenih elektrona.

Zašto plemeniti plinovi udovoljavaju ovoj homogenosti? Budući da imaju potpuno punu elektroničku ljusku, pa bi njihovi elektroni teoretski trebali osjetiti privlačan naboj jezgre jednako u svim orbitalima.

S druge strane, za druge plinove, kao što je atomski kisik (O), njegova potpuna ljuska (što se opaža u elektroničkom konfiguraciji), te sile da bi se dobilo dvoatomski molekulu O ₂ da bi kompenziralo ovaj nedostatak.

Zeleni krugovi u A mogu biti i molekule, male ili velike. Njegov elektronski oblak kruži oko svih atoma koji ga čine, posebno onih koji su najviše elektronegativni. Oko ovih atoma oblak će postati koncentriraniji i negativniji, dok će ostali atomi imati elektronički nedostatak.

Međutim, ovaj oblak nije statičan, već je dinamičan, pa će se u nekom trenutku formirati kratke regije δ i δ +, i pojavit će se fenomen zvan polarizacija.

polarizabilnosti

U A oblak zelene boje označava homogenu distribuciju negativnog naboja. Međutim, pozitivna privlačna sila koju tjera jezgra može oscilirati na elektrone. To uzrokuje deformaciju oblaka, stvarajući tako regije δ-, u plavoj i δ +, u žutoj.

Ovaj iznenadni dipolni trenutak u atomu ili molekuli može iskriviti susjedni oblak elektrona; drugim riječima, izaziva iznenadni dipol na susjeda (B, gornja slika).

To je zbog činjenice da δ-regija uznemirava susjedni oblak, njegovi elektroni osjećaju elektrostatičko odbijanje i orijentirani su na suprotni pol, pojavljujući se δ +.

Napominjemo kako se pozitivni polovi poravnavaju s negativnim, baš kao što to rade i molekule sa stalnim dipolnim trenucima. Što je elektronski oblak voluminozniji, to će jezgra teže držati homogenu u prostoru; a pored toga, veća je i njegova deformacija, što se može vidjeti u C.

Stoga je manja vjerojatnost da su atomi i male molekule polarizirani od bilo koje čestice u njihovom okruženju. Primjer za ovo stanje je prikazano na male molekule vodika, H ₂.

Da bi se kondenzirao ili još više kristalizirao, potrebni su mu pretjerani pritisci da prisile njegove molekule da fizički djeluju.

To je obrnuto proporcionalno udaljenosti

Iako se formiraju trenutačni dipoli koji induciraju druge oko njih, oni nisu dovoljni da zajedno drže atome ili molekule.

U B postoji udaljenost d koja razdvaja dva oblaka i njihove dvije jezgre. Da bi oba dipola mogla ostati razmatrano, to udaljenost d mora biti vrlo mala.

Ovaj uvjet, bitna karakteristika londonskih sila (sjetite se čičak zatvaranja), mora biti ispunjen kako bi imao vidljiv učinak na fizička svojstva materije.

Jednom kada je d malo, jezgra na lijevoj strani B počet će privlačiti plavu δ-regiju susjednog atoma ili molekule. To će dodatno deformirati oblak, kao što se vidi u C (jezgra se više ne nalazi u sredini, nego desno). Zatim dolazi trenutak kada se oblaci dodiruju i „odbijaju“, ali dovoljno sporo da ih neko vrijeme drže zajedno.

Stoga su londonske snage obrnuto proporcionalne udaljenosti d. Zapravo, faktor je jednak d ⁷, tako da će mala varijacija udaljenosti između dva atoma ili molekula oslabiti ili pojačati londonsko rasipanje.

Izravno je proporcionalan molekulskoj masi

Kako povećati veličinu oblaka tako da se polariziraju lakše? Dodavanje elektrona, a za to jezgro mora imati više protona i neutrona, čime se povećava atomska masa; ili, dodavanjem atoma u kralježnicu molekule, što bi zauzvrat povećalo njegovu molekulsku masu

Na taj bi način jezgre ili molekularni kostur imali manje vjerojatnosti da će stalno održavati uniformu elektrona. Stoga, što su veći zeleni krugovi razmatrani u A, B i C, oni će biti polarizibilniji i veće će biti i njihove interakcije londonskih snaga.

Taj se efekt jasno primjećuje između B i C, a mogao bi biti i veći ako su krugovi većeg promjera. Ovo je obrazloženje ključno za objašnjenje fizičkih svojstava mnogih spojeva na temelju njihovih molekularnih masa.

Primjeri londonskih snaga

Izvor: Pxhere

U prirodi

U svakodnevnom životu postoji bezbroj primjera londonskih snaga rasipanja, bez potrebe za ulaženjem u mikroskopski svijet.

Jedan od najčešćih i iznenađujućih primjera nalazimo u nogama gmazova koji su poznati kao gekoni (gornja slika) i kod mnogih insekata (također u Spidermanu).

Na nogama imaju jastučiće iz kojih strše tisuće malih niti. Na slici možete vidjeti gekona koji pozira na padini stijene. Da bi se to postiglo, koristi se intermolekularnim silama između stijene i vlakna njezinih nogu.

Svaka od ovih niti slabo djeluje na površini na koju se penje mali gmizavac, ali budući da ih ima na tisuće, oni djeluju na silu proporcionalnu području njegovih nogu, dovoljno jaku da ostanu vezani i mogu se popeti. Geckos se također može penjati glatkim i savršenim površinama poput stakla.

alkani

Alkani su zasićeni ugljikovodici koji također djeluju na londonske snage. Njihove molekularne strukture jednostavno se sastoje od ugljika i vodika spojenih jednostrukim vezama. Budući da je razlika u elektronegativnostima između C i H vrlo mala, oni su apolarni spojevi.

Tako, metan, CH ₄, najmanji od svih ugljikovodik, čireva na -161.7ºC. Kako se C i H dodaju u kostur, dobivaju se drugi alkani s većom molekularnom masom.

Na taj način nastaju etan (-88,6ºC), butan (-0,5ºC) i oktan (125,7ºC). Primijetite kako se njihove točke ključanja povećavaju kako alkani postaju teži.

To je zato što su njihovi elektronski oblaci više polarizirani, a njihove strukture imaju veću površinu koja povećava kontakt njihovih molekula.

Oktan, iako apolarni spoj, ima višu tačku ključanja od vode.

Halogeni i plinovi

Londonske snage također su prisutne u mnogim plinovitim tvarima. Na primjer, molekule N ₂ H ₂, CO ₂, F ₂, Cl ₂ i svi plemeniti plinovi, međusobno djeluju preko tih snaga, jer oni predstavljaju homogena elektrostatsku distribuciju, koji je izložen trenutne dipol i dovesti do polarizacije.

Plemeniti plinovi su He (helij), Ne (neon), Ar (argon), Kr (kripton), Xe (ksenon) i Rn (radon). S lijeva na desno njihova vrelišta rastu s povećanjem atomske mase: -269, -246, -186, -152, -108 i -62 ºC.

Halogeni također djeluju kroz ove sile. Fluor je plin sobne temperature baš kao i klor. Brom, s većom atomskom masom, nalazi se u normalnim uvjetima kao crvenkasta tekućina, a jod napokon tvori ljubičastu krutinu koja se brzo sublimira jer je teža od ostalih halogena.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str 452-455.
2. Angeles Mendez. (22. svibnja 2012.). Disperzijske snage (iz Londona). Oporavak od: quimica.laguia2000.com
3. Londonske disperzijske snage. Oporavak od: chem.purdue.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (22. lipnja 2018.). 3 vrste intermolekularnih snaga. Oporavilo od: misel.com
5. Ryan Ilagan i Gary L Bertrand. Interakcije disperzije u Londonu. Preuzeto sa: chem.libretexts.org
6. ChemPages Netorials. Londonske snage. Oporavak od: chem.wisc.edu
7. Kamereon. (22. svibnja 2013.). Geckos: Geko i sile Van der Waalsa. Oporavilo od: almabiologica.com