Какво представляват дисперсионните сили на Лондон и как работят?

Лондонските сили на дисперсия са особен вид слаби междумолекулни сили на Ван дер Ваалс . Всъщност те представляват най-слабите междумолекулни взаимодействия от всички. Те са вид привличащи сили с малък обсег, които възникват между всяка двойка молекули или атоми, когато са много близо един до друг. Тези видове взаимодействия се образуват от наличието на мигновени диполи на повърхността на молекулите, които привличат други мигновени диполи на съседни молекули.

Тъй като са толкова слаби сили, те са трудни за измерване или наблюдение в йонни съединения и в полярни молекули, тъй като те представят други видове по-силни взаимодействия, които ги маскират. Ето защо силите на Лондон се проявяват по измерим начин само в неполярни молекули и в едноатомни видове като благородни газове.

Всъщност дисперсионните сили на Лондон са единственият тип междумолекулни (или междуатомни) взаимодействия, проявени от благородни газове и аполярни молекули, тъй като те не проявяват по-силни типове взаимодействия като водородни връзки (по-рано мостове). водород, дипол-дипол или индуцирани дипол-диполни взаимодействия.

И накрая, може да се каже, че лондонските сили са отговорни за факта, че атомите на благородния газ и неполярните молекули могат да кондензират, за да образуват течности или да се втвърдят, дори при много ниски температури.

Как работят лондонските сили?

Както всички други форми на междумолекулни взаимодействия, дисперсионните сили на Лондон също са сили на електростатично привличане.

Струва си обаче да си зададем въпроса: как е възможно да съществуват сили на електростатично привличане между неутрални и аполярни атоми или молекули?

Отговорът на този въпрос е свързан с факта, че електроните са в постоянно движение около ядрото и по химичните връзки. Въпреки факта, че те се движат много бързо и са средно равномерно разпределени, може да се случи така, че за кратък период от време да има повече електрони от едната страна на ядрото или от едната страна на връзката, отколкото от другата . В резултат на това се образува електрически дипол, тъй като една част от атома (или молекулата) ще има излишък от положителни заряди, докато другата ще има излишък от отрицателни заряди.

Тези диполи се наричат ​​мигновени диполи, тъй като продължават много кратко време, но могат да се образуват навсякъде в молекула или неутрален атом . Когато две молекули са много близо една до друга, спонтанното образуване на дипол в една от молекулите предизвиква образуването на втори дипол в другата молекула, като по този начин генерира сила на привличане между двата дипола, която е точно дисперсионната сила на Лондон .

Причината, поради която силите на Лондон са толкова слаби, е, че диполите, отговорни за привличането, са много кратки и се появяват и изчезват постоянно. Въпреки това, множество мигновени диполи могат да се образуват в даден момент, така че докато някои диполи изчезват от едната страна, други могат да се появят от другата страна, задържайки двете молекули или два атома заедно.

Детерминанти на дисперсионните сили на Лондон

Точно както има много фактори, които определят колко силни са водородните връзки, дипол-диполните взаимодействия и всички останали, има и фактори, които ви позволяват да определите кога силите на Лондон са по-силни или по-слаби:

Колкото по-голям е атомът, толкова по-големи са дисперсионните сили на Лондон.

Колкото по-големи са атомите, толкова по-далеч са техните валентни електрони от ядрото, така че те са по-свободно свързани с него. Това улеснява деформирането на електронните облаци за генериране на индуцирани диполи. С други думи, тези атоми са по-поляризиращи.

Колкото по-поляризуем е един атом, толкова по-големи са индуцираните диполи, които могат да се образуват, така че толкова по-големи са силите на Лондон между двата атома. Ето защо при стайна температура бромът е течност, докато хлорът и флуорът са газове, а йодът е твърдо вещество, въпреки факта, че всички халогени образуват неполярни двуатомни молекули с еднаква форма.

контактна повърхност

Като общо правило, колкото по-голяма е контактната повърхност между две молекули, толкова по-големи са дисперсионните сили на Лондон между тях.

Причината това да се случва е, че колкото по-голяма е контактната повърхност между две молекули (или дори две повърхности), толкова повече мигновени диполи ще се образуват във всеки един момент. Въпреки че мигновените диполи са много слаби, образуването на много мигновени диполи, които се събират в даден момент, създава голяма нетна сила на привличане между двете молекули.

Това е причината, поради която линейните изомери на алканите винаги имат по-висока точка на кипене и топене от техните разклонени двойници, тъй като колкото по-малко разклонено е едно съединение, толкова по-дълго ще бъде то и следователно по-голяма контактна повърхност ще има с друго подобна молекула.

Препратки

Браун, Т. (2021). Химия: Централната наука. (11-то издание). Лондон, Англия: Pearson Education.

Чанг, Р., Манзо, А. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Химия (10-то издание). Ню Йорк, Ню Йорк: MCGRAW-HILL.

Ръдърфорд, Дж. (2005). Ван дер Ваалсово свързване и инертни газове. Енциклопедия по физика на кондензираната материя , 286–290. https://doi.org/10.1016/b0-12-369401-9/00407-1