Tabla de Contenidos
กองกำลังกระจายลอนดอนเป็นกองกำลังระหว่างโมเลกุลแวน เดอร์วาลส์ที่อ่อนแอประเภทหนึ่ง ในความเป็นจริงพวกมันเป็นตัวแทนของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอที่สุดของทั้งหมด พวกมันเป็นแรงดึงดูดระยะสั้นที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลหรืออะตอมคู่ใดๆ เมื่อพวกมันอยู่ใกล้กันมาก อันตรกิริยาประเภทนี้เกิดขึ้นจากการปรากฏตัวของไดโพลทันทีบนพื้นผิวของโมเลกุลที่ดึงดูดไดโพลทันทีอื่น ๆ บนโมเลกุลข้างเคียง
เนื่องจากแรงที่อ่อนแอเช่นนี้ จึงวัดหรือสังเกตได้ยากในสารประกอบไอออนิกและในโมเลกุลที่มีขั้ว เนื่องจากสิ่งเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์ที่แรงกว่าชนิดอื่นๆ ที่ปกปิดพวกมัน นี่คือเหตุผลที่กองกำลังของลอนดอนแสดงออกมาในลักษณะที่สามารถวัดได้เฉพาะในโมเลกุลที่ไม่มีขั้วและในสปีชีส์เชิงเดี่ยว เช่น ก๊าซมีตระกูล
อันที่จริง แรงกระจายลอนดอนเป็นปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล (หรือระหว่างอะตอม) ประเภทเดียวที่แสดงโดยก๊าซมีตระกูลและโมเลกุลของอะโพลาร์ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ไม่ได้แสดงปฏิกิริยาที่แรงกว่า เช่น พันธะไฮโดรเจน (เดิมคือสะพาน) ไฮโดรเจน) ไดโพล-ไดโพล หรือ ปฏิกิริยาระหว่างไดโพล-ไดโพลที่เหนี่ยวนำ
ในที่สุด อาจกล่าวได้ว่ากองกำลังลอนดอนมีส่วนรับผิดชอบต่อข้อเท็จจริงที่ว่าอะตอมของก๊าซมีตระกูลและโมเลกุลไม่มีขั้วสามารถควบแน่นเป็นของเหลวหรือทำให้แข็งตัวได้ แม้ในอุณหภูมิที่ต่ำมาก
กองกำลังลอนดอนทำงานอย่างไร
เช่นเดียวกับรูปแบบอื่นๆ ของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล แรงกระจายตัวของลอนดอนก็เป็นแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตเช่นกัน
อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การถามคำถาม: เป็นไปได้อย่างไรที่มีแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลที่เป็นกลางและที่อะโพลาร์
คำตอบสำหรับคำถามนี้เกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสและตามพันธะเคมีตลอดเวลา แม้จะมีความจริงที่ว่าพวกมันเคลื่อนที่เร็วมากและโดยเฉลี่ยแล้วมีการกระจายเท่า ๆ กัน แต่ก็สามารถเกิดขึ้นได้ว่าในช่วงเวลาสั้น ๆ มีอิเล็กตรอนอยู่ที่ด้านหนึ่งของนิวเคลียสหรือด้านหนึ่งของพันธะมากกว่าอีกด้านหนึ่ง . เป็นผลให้เกิดไดโพลไฟฟ้าขึ้น เนื่องจากส่วนหนึ่งของอะตอม (หรือโมเลกุล) จะมีประจุบวกมากเกินไป ในขณะที่อีกส่วนจะมีประจุลบมากเกินไป
ไดโพลเหล่านี้เรียกว่าไดโพลแบบทันทีทันใดเนื่องจากพวกมันอยู่ได้ในเวลาอันสั้น แต่สามารถก่อตัวขึ้นได้ทุกที่ในโมเลกุลหรืออะตอมที่เป็นกลาง เมื่อสองโมเลกุลอยู่ใกล้กันมาก การก่อตัวของไดโพลในโมเลกุลหนึ่งจะกระตุ้นให้เกิดไดโพลที่สองในอีกโมเลกุลหนึ่ง จึงสร้างแรงดึงดูดระหว่างไดโพลทั้งสอง ซึ่งก็คือแรงในการกระจายตัวของลอนดอนนั่นเอง .
สาเหตุที่กองกำลังลอนดอนอ่อนแอมากเพราะไดโพลที่รับผิดชอบแรงดึงดูดนั้นสั้นมากและปรากฏขึ้นและหายไปอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม ไดโพลแบบทันทีหลายตัวสามารถก่อตัวขึ้นได้ในเวลาที่กำหนด ดังนั้นในขณะที่ไดโพลบางตัวหายไปด้านหนึ่ง ไดโพลอื่นๆ สามารถปรากฏขึ้นที่อีกด้านหนึ่ง โดยยึดโมเลกุลทั้งสองหรือสองอะตอมไว้ด้วยกัน
ปัจจัยกำหนดแรงกระจายของลอนดอน
เช่นเดียวกับที่มีหลายปัจจัยที่กำหนดว่าพันธะไฮโดรเจนแข็งแกร่งเพียงใด ปฏิสัมพันธ์ของไดโพล-ไดโพล และปัจจัยที่เหลือทั้งหมด มีปัจจัยที่ช่วยให้คุณระบุได้ว่าเมื่อใดที่กองกำลังลอนดอนแข็งแกร่งขึ้นหรืออ่อนแอลง:
ยิ่งอะตอมมีขนาดใหญ่เท่าใด แรงกระจายตัวของลอนดอนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
ยิ่งอะตอมมีขนาดใหญ่เท่าใด เวเลนซ์อิเล็กตรอนก็ยิ่งอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นพวกมันจึงผูกพันกับอะตอมอย่างหลวมๆ สิ่งนี้ทำให้การแปรปรวนของเมฆอิเล็กตรอนง่ายขึ้นเพื่อสร้างไดโพลที่เหนี่ยวนำ กล่าวอีกนัยหนึ่ง อะตอมเหล่านี้มีขั้วมากกว่า
ยิ่งอะตอมมีขั้วมากเท่าไร ไดโพลที่เหนี่ยวนำก็จะยิ่งก่อตัวได้มากเท่านั้น ดังนั้นแรงลอนดอนระหว่างอะตอมทั้งสองก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ด้วยเหตุนี้ ที่อุณหภูมิห้องโบรมีนจึงเป็นของเหลวในขณะที่คลอรีนและฟลูออรีนเป็นก๊าซ และไอโอดีนเป็นของแข็ง แม้ว่าฮาโลเจนทั้งหมดจะสร้างโมเลกุลไดอะตอมไม่มีขั้วที่มีรูปร่างเหมือนกันก็ตาม
ผิวสัมผัส
ตามกฎทั่วไป ยิ่งพื้นผิวสัมผัสระหว่างสองโมเลกุลมากเท่าใด แรงกระจายลอนดอนระหว่างโมเลกุลก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
เหตุผลที่สิ่งนี้เกิดขึ้นคือยิ่งพื้นผิวสัมผัสระหว่างสองโมเลกุลมีขนาดใหญ่ขึ้น (หรือแม้แต่สองพื้นผิวใดก็ตาม) ไดโพลจะก่อตัวขึ้นทันทีในเวลาใดเวลาหนึ่งมากขึ้น แม้ว่าไดโพลที่เกิดขึ้นทันทีจะอ่อนแอมาก การก่อตัวของไดโพลที่เกิดขึ้นทันทีจำนวนมากที่รวมกันในเวลาที่กำหนดจะสร้างแรงดึงดูดสุทธิขนาดใหญ่ระหว่างโมเลกุลทั้งสอง
นี่คือเหตุผลว่าทำไมไอโซเมอร์เชิงเส้นของแอลเคนจึงมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงกว่าสารประกอบที่แตกแขนงเสมอ เนื่องจากยิ่งสารประกอบแตกแขนงน้อย สารประกอบก็จะยิ่งอยู่ได้นาน ดังนั้น ผิวสัมผัสก็จะยิ่งมีมากขึ้นเท่านั้น โมเลกุลที่คล้ายกัน
อ้างอิง
บราวน์ ที. (2564). เคมี: วิทยาศาสตร์กลาง. (พิมพ์ครั้งที่ 11). ลอนดอน ประเทศอังกฤษ: เพียร์สัน เอดูเคชั่น.
Chang, R., Manzo, Á. ร. โลเปซ PS และเฮอร์รานซ์ ZR (2020) เคมี (ฉบับที่ 10) นครนิวยอร์ก รัฐนิวยอร์ก: MCGRAW-HILL
รัทเทอร์ฟอร์ด เจ. (2548). van der Waals พันธะและก๊าซเฉื่อย สารานุกรมฟิสิกส์สสารควบแน่น , 286–290. https://doi.org/10.1016/b0-12-369401-9/00407-1