Was sind Londoner Dispersionskräfte und wie funktionieren sie?

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Londoner Dispersionskräfte sind eine besondere Art von schwachen zwischenmolekularen Van-der-Waals -Kräften . Tatsächlich stellen sie die schwächsten intermolekularen Wechselwirkungen von allen dar. Sie sind die Art von Anziehungskräften mit kurzer Reichweite, die zwischen jedem Paar von Molekülen oder Atomen entstehen, wenn sie sehr nahe beieinander liegen. Diese Arten von Wechselwirkungen werden durch das Vorhandensein von augenblicklichen Dipolen auf der Oberfläche von Molekülen gebildet, die andere augenblickliche Dipole auf benachbarten Molekülen anziehen.

Da sie so schwache Kräfte sind, sind sie in ionischen Verbindungen und in polaren Molekülen schwer zu messen oder zu beobachten , da diese andere Arten stärkerer Wechselwirkungen aufweisen, die sie maskieren. Deshalb treten die Londoner Kräfte nur in unpolaren Molekülen und in einatomigen Spezies wie Edelgasen messbar auf.

Tatsächlich sind Londoner Dispersionskräfte die einzige Art von intermolekularen (oder interatomaren) Wechselwirkungen, die Edelgase und apolare Moleküle aufweisen, da diese keine stärkeren Arten von Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrückenbindungen (früher Brücken), Dipol-Dipol oder aufweisen induzierte Dipol-Dipol-Wechselwirkungen.

Abschließend könnte man sagen, dass die Londoner Kräfte dafür verantwortlich sind, dass Edelgasatome und unpolare Moleküle selbst bei sehr tiefen Temperaturen zu Flüssigkeiten kondensieren oder erstarren können.

Wie arbeiten die Londoner Streitkräfte?

Wie alle anderen Formen intermolekularer Wechselwirkungen sind auch die Londoner Dispersionskräfte elektrostatische Anziehungskräfte.

Es lohnt sich jedoch, die Frage zu stellen: Wie ist es möglich, dass es zwischen neutralen und unpolaren Atomen oder Molekülen elektrostatische Anziehungskräfte gibt?

Die Antwort auf diese Frage hat mit der Tatsache zu tun, dass sich Elektronen ständig um den Kern und entlang chemischer Bindungen bewegen. Trotz der Tatsache, dass sie sich sehr schnell bewegen und im Durchschnitt gleichmäßig verteilt sind, kann es vorkommen, dass sich in kurzer Zeit auf einer Seite des Kerns oder auf einer Seite der Bindung mehr Elektronen befinden als auf der anderen . Als Folge wird ein elektrischer Dipol gebildet, da ein Teil des Atoms (oder Moleküls) einen Überschuss an positiven Ladungen haben wird, während der andere einen Überschuss an negativen Ladungen haben wird.

sofortige Dipolbildung aufgrund einer ungleichmäßigen momentanen Verteilung von Elektronen um den Kern

Diese Dipole werden sofortige Dipole genannt, da sie nur sehr kurze Zeit anhalten, aber sie können sich überall in einem Molekül oder einem neutralen Atom bilden. Wenn zwei Moleküle sehr nahe beieinander liegen, induziert die spontane Bildung eines Dipols in einem der Moleküle die Bildung eines zweiten Dipols im anderen Molekül, wodurch eine Anziehungskraft zwischen den beiden Dipolen erzeugt wird, die genau die Londoner Dispersionskraft ist .

Der Grund, warum die Londoner Kräfte so schwach sind, liegt darin, dass die für die Anziehung verantwortlichen Dipole sehr kurz sind und ständig erscheinen und verschwinden. Es können sich jedoch mehrere sofortige Dipole zu einem bestimmten Zeitpunkt bilden, während einige Dipole auf der einen Seite verschwinden, können andere auf der anderen Seite erscheinen und die beiden Moleküle oder zwei Atome zusammenhalten.

Determinanten der Londoner Dispersionskräfte

So wie es viele Faktoren gibt, die bestimmen, wie stark Wasserstoffbrückenbindungen, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und alles andere sind, gibt es auch Faktoren, mit denen Sie bestimmen können, wann die Londoner Kräfte stärker oder schwächer sind:

Je größer das Atom, desto größer die Londoner Dispersionskräfte.

Je größer die Atome sind, desto weiter sind ihre Valenzelektronen vom Kern entfernt und damit lockerer an ihn gebunden. Dies macht es einfacher, die Elektronenwolken zu verzerren, um induzierte Dipole zu erzeugen. Mit anderen Worten, diese Atome sind stärker polarisierbar.

Je polarisierbarer ein Atom ist, desto größer sind die induzierten Dipole, die gebildet werden können, desto größer sind also die London-Kräfte zwischen den beiden Atomen. Deshalb ist Brom bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit, Chlor und Fluor Gase und Jod ein Feststoff, obwohl alle Halogene unpolare zweiatomige Moleküle mit der gleichen Form bilden.

Kontaktfläche

Als allgemeine Regel gilt, je größer die Kontaktfläche zwischen zwei Molekülen ist, desto größer sind die Londoner Dispersionskräfte zwischen ihnen.

Der Grund dafür ist, dass je größer die Kontaktfläche zwischen zwei Molekülen (oder sogar zwei beliebigen Oberflächen) ist, desto mehr augenblickliche Dipole werden sich gleichzeitig bilden. Obwohl augenblickliche Dipole sehr schwach sind, erzeugt die Bildung vieler augenblicklicher Dipole, die sich zu einem bestimmten Zeitpunkt summieren, eine große Nettoanziehungskraft zwischen den beiden Molekülen.

Aus diesem Grund haben die linearen Isomere von Alkanen immer einen höheren Siede- und Schmelzpunkt als ihre verzweigten Gegenstücke, denn je weniger verzweigt eine Verbindung ist, desto länger wird sie und desto größer ist die Kontaktfläche mit einer anderen ähnliches Molekül.

Verweise

Braun, T. (2021). Chemie: Die zentrale Wissenschaft. (11. Aufl.). London, England: Pearson Education.

Chang, R., Manzo, A. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Chemie (10. Aufl.). New York City, NY: MCGRAW-HÜGEL.

Rutherford, J. (2005). Van-der-Waals-Bindung und Inertgase. Encyclopedia of Condensed Matter Physics , 286–290. https://doi.org/10.1016/b0-12-369401-9/00407-1

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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