ลอนดอนบังคับให้มีฟีเจอร์และตัวอย่าง

กองกำลังของลอนดอน, กองกำลังการกระจายตัวของลอนดอนหรือการปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลที่เกิดจากไดโพลเป็นรูปแบบที่อ่อนแอที่สุดของการปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล ชื่อของเขาเกิดจากการมีส่วนร่วมของนักฟิสิกส์ Fritz London และการศึกษาของเขาในสาขาฟิสิกส์ควอนตัม.

กองกำลังของลอนดอนอธิบายว่าโมเลกุลมีปฏิสัมพันธ์กับโครงสร้างและอะตอมอย่างไรทำให้เป็นไปไม่ได้ที่ไดโพลถาวรจะก่อตัว นั่นคือโดยทั่วไปจะใช้กับโมเลกุล apolar หรืออะตอมที่แยกได้จากก๊าซมีตระกูล ซึ่งแตกต่างจากกองกำลัง Van der Waals อื่น ๆ มันต้องใช้ระยะทางสั้นมาก.

การเปรียบเทียบทางกายภาพที่ดีของกองกำลังลอนดอนสามารถพบได้ในการทำงานของระบบปิด Velcro (ภาพบน) โดยการกดด้านหนึ่งของผ้าปักด้วยตะขอและอีกด้านด้วยเส้นใยแรงดึงที่น่าดึงดูดถูกสร้างขึ้นตามสัดส่วนของพื้นที่ของผ้า.

เมื่อทั้งสองฝ่ายได้รับการผนึกแล้วจะต้องใช้กำลังเพื่อตอบโต้การปฏิสัมพันธ์ของพวกเขา (โดยนิ้วของเรา) เพื่อแยกพวกเขาออก เช่นเดียวกับโมเลกุล: ยิ่งมีจำนวนมากหรือแบนราบยิ่งมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลมากขึ้นในระยะทางที่สั้นมาก.

อย่างไรก็ตามมันเป็นไปไม่ได้เสมอไปที่จะประมาณโมเลกุลเหล่านี้ในระยะใกล้พอที่จะทำให้ปฏิกิริยาของพวกมันสามารถมองเห็นได้.

เมื่อเป็นเช่นนี้พวกเขาต้องการอุณหภูมิต่ำมากหรือมีแรงดันสูงมาก เช่นนี้เป็นกรณีของก๊าซ นอกจากนี้ปฏิกิริยาประเภทนี้สามารถพบได้ในสารของเหลว (เช่น n-hexane) และของแข็ง (เช่นไอโอดีน).

ดัชนี

• 1 ลักษณะ
  • 1.1 การกระจายโหลดที่สม่ำเสมอ
  • 1.2 Polarizability
  • 1.3 มันแปรผกผันกับระยะทาง
  • 1.4 เป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลโมเลกุล
• 2 ตัวอย่างกองทัพลอนดอน
  • 2.1 ในลักษณะ
  • 2.2 Alkanes
  • 2.3 ฮาโลเจนและก๊าซ
• 3 อ้างอิง

คุณสมบัติ

โมเลกุลต้องมีลักษณะอย่างไรเพื่อให้สามารถโต้ตอบผ่านกองกำลังของลอนดอน คำตอบก็คือทุกคนสามารถทำได้ แต่เมื่อมีช่วงเวลาแบบไดโพลถาวรการปฏิสัมพันธ์แบบไดโพลจะมีอิทธิพลเหนือกว่าปฏิกิริยาแบบกระจายซึ่งส่งผลต่อธรรมชาติทางกายภาพของสารน้อยมาก.

ในโครงสร้างที่ไม่มีอิเลคโตรเนกาติตีอะตอมสูงหรือมีการกระจายของประจุไฟฟ้าสถิตเป็นเนื้อเดียวกันไม่มีจุดสิ้นสุดหรือภูมิภาคที่สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นเศรษฐี.

ในกรณีเหล่านี้กองกำลังประเภทอื่นต้องเข้ามาแทรกแซงมิฉะนั้นสารประกอบเหล่านี้อาจมีอยู่เฉพาะในสถานะก๊าซโดยไม่คำนึงถึงความดันหรืออุณหภูมิที่กำลังทำงานอยู่.

การกระจายโหลดที่เป็นเนื้อเดียวกัน

อะตอมที่แยกได้สองแห่งเช่นนีออนหรืออาร์กอนมีการกระจายประจุเป็นเนื้อเดียวกัน สามารถเห็นได้ใน A, ภาพยอดนิยม วงกลมสีขาวตรงกลางเป็นตัวแทนของนิวเคลียสสำหรับอะตอมหรือโครงกระดูกระดับโมเลกุลสำหรับโมเลกุล การกระจายประจุนี้ถือได้ว่าเป็นกลุ่มเมฆอิเล็กตรอนที่มีสีเขียว.

ทำไมก๊าซมีตระกูลจึงเติมเต็มความเป็นเนื้อเดียวกันนี้? เพราะพวกมันมีชั้นอิเล็กทรอนิกส์เต็มไปหมดดังนั้นอิเล็กตรอนของพวกมันจึงต้องรู้สึกถึงหน้าที่ของการดึงดูดของนิวเคลียสในวงโคจรทุกวงอย่างเท่าเทียมกัน.

ตรงกันข้ามกับก๊าซอื่น ๆ เช่นออกซิเจนอะตอม (O) ชั้นของมันไม่สมบูรณ์ (ซึ่งถูกสังเกตในการกำหนดค่าทางอิเล็คทรอนิคส์) และบังคับให้มันสร้างโมเลกุลไดอะตอมมิค O₂ เพื่อชดเชยการขาดนี้.

วงกลมสีเขียวของ A อาจเป็นโมเลกุลขนาดเล็กหรือใหญ่ เมฆอิเลคตรอนของมันโคจรรอบอะตอมทั้งหมดที่ประกอบเป็นขึ้นโดยเฉพาะอิเล็กตรอนที่มีประจุมากกว่า รอบอะตอมเหล่านี้เมฆจะมีสมาธิและเป็นลบมากขึ้นในขณะที่อะตอมอื่น ๆ จะมีข้อบกพร่องทางอิเล็กทรอนิกส์.

อย่างไรก็ตามคลาวด์นี้ไม่คงที่ แต่เป็นแบบไดนามิกดังนั้นในบางจุดจะมีขอบเขตสั้น ๆ δ-และδ + และปรากฏการณ์ที่เรียกว่า โพลาไรซ์.

polarizability

ใน A เมฆสีเขียวบ่งบอกถึงการกระจายตัวของประจุลบที่เป็นเนื้อเดียวกัน อย่างไรก็ตามแรงดึงดูดเชิงบวกที่กระทำโดยนิวเคลียสนั้นสามารถแกว่งไปที่อิเล็กตรอนได้ สิ่งนี้ทำให้เกิดความผิดปกติของคลาวด์จึงสร้างพื้นที่δ-, สีน้ำเงินและδ +, สีเหลือง.

ช่วงเวลาไดโพลแบบฉับพลันนี้ในอะตอมหรือโมเลกุลสามารถบิดเบือนเมฆอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ติดกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งมันเจือจางไดโพลอย่างฉับพลันกับเพื่อนบ้าน (B, ภาพบน).

นี่เป็นเพราะภูมิภาค disturb- รบกวนเมฆที่อยู่ใกล้เคียงอิเล็กตรอนของมันจะรู้สึกถึงแรงผลักดันไฟฟ้าสถิตและมุ่งไปที่ขั้วตรงข้ามปรากฏขึ้นδ+.

สังเกตว่าขั้วบวกและขั้วลบจัดเรียงอย่างไรเช่นเดียวกับโมเลกุลที่มีโมเมนต์ถาวร ยิ่งเมฆอิเล็กทรอนิกส์มีปริมาณมากขึ้นเท่าไหร่เคอร์เนลก็ยิ่งแข็งเหมือนกันในอวกาศ และยิ่งการเสียรูปยิ่งกว่าเดิมมากเท่าที่เห็นในซี.

ดังนั้นอะตอมและโมเลกุลขนาดเล็กจึงไม่น่าที่จะถูกขั้วโดยอนุภาคใด ๆ ในสภาพแวดล้อมของพวกเขา ตัวอย่างสำหรับสถานการณ์นี้แสดงโดยโมเลกุลไฮโดรเจนขนาดเล็ก H₂.

ในการรวมตัวหรือตกผลึกยิ่งขึ้นมันต้องการแรงกดดันมากเกินไปเพื่อบังคับให้โมเลกุลของมันมีปฏิสัมพันธ์ทางร่างกาย.

มันแปรผกผันกับระยะทาง

แม้ว่าการเกิดไดโพลแบบทันทีนั้นทำให้คนอื่นรอบตัวพวกมันไม่พอที่จะจับอะตอมหรือโมเลกุลไว้ด้วยกัน.

ใน B มีระยะทาง d ที่แยกทั้งสองเมฆและนิวเคลียสทั้งสองของพวกเขา เพื่อให้ไดโพลทั้งสองสามารถอยู่ในระยะเวลาที่พิจารณาระยะนี้ d มันจะต้องเล็กมาก.

เงื่อนไขนี้จะต้องปฏิบัติตามซึ่งเป็นลักษณะสำคัญของกองกำลังของกรุงลอนดอน (จำการปิด Velcro) เพื่อให้มีผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนในคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุ.

ครั้งหนึ่ง d มีขนาดเล็กนิวเคลียสทางซ้ายใน B จะเริ่มดึงดูดพื้นที่สีฟ้าของอะตอมหรือโมเลกุลที่อยู่ใกล้เคียง สิ่งนี้จะทำให้รูปร่างของเมฆเปลี่ยนรูปตามที่เห็นใน C (แกนกลางไม่ได้อยู่ตรงกลาง แต่อยู่ทางขวา) จากนั้นมีจุดที่ทั้งสองสัมผัสเมฆและ "ตีกลับ" แต่อย่างช้าพอที่จะรวมเข้าด้วยกันชั่วครู่หนึ่ง.

ดังนั้นกองกำลังของลอนดอนจึงแปรผกผันกับระยะทาง d. ในความเป็นจริงปัจจัยเท่ากับ d⁷, ดังนั้นความแตกต่างเล็กน้อยของระยะห่างระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลจะลดลงหรือทำให้การกระจายตัวของลอนดอนแข็งแกร่งขึ้น.

มันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลโมเลกุล

วิธีเพิ่มขนาดของเมฆเพื่อให้โพลาไรซ์ง่ายขึ้น? การเพิ่มอิเล็กตรอนและนิวเคลียสจะต้องมีโปรตอนและนิวตรอนมากขึ้นซึ่งจะเป็นการเพิ่มมวลอะตอม หรือโดยการเพิ่มอะตอมในโครงกระดูกของโมเลกุลซึ่งจะเพิ่มมวลโมเลกุลของมัน

ด้วยวิธีนี้นิวเคลียสหรือโครงกระดูกระดับโมเลกุลจะมีโอกาสน้อยที่จะทำให้ระบบคลาวด์อิเล็กทรอนิกส์สม่ำเสมอตลอดเวลา ดังนั้นยิ่งวงกลมสีเขียวพิจารณาใน A, B และ C มากขึ้นพวกเขาจะมีขั้วและยิ่งมีการโต้ตอบโดยกองกำลังลอนดอน.

ผลกระทบนี้จะสังเกตเห็นได้อย่างชัดเจนระหว่าง B และ C และอาจมากยิ่งขึ้นถ้าวงกลมมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น เหตุผลนี้เป็นกุญแจสำคัญในการอธิบายคุณสมบัติทางกายภาพของสารประกอบหลายชนิดตามมวลโมเลกุล.

ตัวอย่างของกองกำลังลอนดอน

ในธรรมชาติ

ในชีวิตประจำวันมีตัวอย่างมากมายของกองกำลังกระจายของกรุงลอนดอนโดยไม่จำเป็นต้องเสี่ยงเป็นครั้งแรกในโลกของกล้องจุลทรรศน์.

หนึ่งในตัวอย่างที่พบได้บ่อยและน่าประหลาดใจพบได้ในสัตว์เลื้อยคลานที่รู้จักกันในชื่อตุ๊กแก (ภาพบนสุด) และในแมลงหลายชนิด (เช่นในสไปเดอร์แมน).

ในขาของพวกเขามีแผ่นซึ่งเส้นใยขนาดเล็กหลายพันยื่นออกมา ในภาพคุณสามารถเห็นตุ๊กแกวางตัวอยู่บนเนินหิน เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้มันใช้ประโยชน์จากแรงระหว่างโมเลกุลระหว่างหินและเส้นใยของขาของมัน.

แต่ละเส้นใยเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับพื้นผิวที่มีเกล็ดสัตว์เลื้อยคลานขนาดเล็ก แต่เนื่องจากพวกมันมีหลายพันตัวพวกมันจึงออกแรงแรงตามสัดส่วนกับพื้นที่ของขา ตุ๊กแกยังสามารถปีนขึ้นไปได้อย่างราบรื่นและพื้นผิวที่สมบูรณ์แบบเหมือนผลึก.

แอลเคน

อัลคาเนเป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวที่ยังมีปฏิสัมพันธ์โดยกองกำลังลอนดอน โครงสร้างโมเลกุลของพวกเขาประกอบด้วยคาร์บอนและไฮโดรเจนที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะอย่างง่าย เนื่องจากความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติฟายระหว่าง C และ H นั้นมีขนาดเล็กมากพวกมันเป็นสารประกอบเชิงขั้ว.

ดังนั้นมีเทน CH₄, ไฮโดรคาร์บอนที่เล็กที่สุดของทั้งหมดเดือดที่-161.7ºC เมื่อเพิ่ม C และ H ในโครงกระดูกอัลเคนอื่นที่มีมวลโมเลกุลสูงกว่าจะได้รับ.

ด้วยวิธีนี้อีเทน (-88.6ºC) บิวเทน (-0.5ºC) และออกเทน (125.7ºC) เกิดขึ้น ขอให้สังเกตว่าจุดเดือดเพิ่มขึ้นอย่างไรเมื่อ alkanes หนักขึ้น.

นี่เป็นเพราะเมฆอิเล็กทรอนิกส์ของพวกมันมีขั้วมากขึ้นและโครงสร้างของมันมีพื้นที่ผิวมากกว่าซึ่งจะเพิ่มการสัมผัสระหว่างโมเลกุลของมัน.

ออกเทนถึงแม้ว่ามันจะเป็นสารประกอบ apolar แต่ก็มีจุดเดือดสูงกว่าน้ำ.

ฮาโลเจนและก๊าซ

กองกำลังของลอนดอนยังมีอยู่ในสารก๊าซจำนวนมาก ตัวอย่างเช่นโมเลกุล N₂, H₂, CO₂, F₂, Cl₂ และก๊าซมีตระกูลทั้งหมดที่มีปฏิสัมพันธ์โดยกองกำลังเหล่านี้เนื่องจากพวกเขานำเสนอการกระจายไฟฟ้าสถิตที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งสามารถประสบไดโพลทันทีและก่อให้เกิดขั้ว.

ก๊าซมีตระกูลคือเขา (ฮีเลียม), เน (นีออน), อาร์ (อาร์กอน), Kr (คริปทอน), Xe (ซีนอน) และ Rn (เรดอน) จากซ้ายไปขวาจุดเดือดเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มมวลอะตอม: -269, -246, -186, -152, -108 และ -62 ºC.

ฮาโลเจนยังมีปฏิสัมพันธ์ผ่านกองกำลังเหล่านี้ ฟลูออรีนเป็นก๊าซที่อุณหภูมิห้องเหมือนกับคลอรีน โบรมีนที่มีมวลอะตอมมากขึ้นนั้นอยู่ในสภาพปกติเหมือนของเหลวสีแดงและไอโอดีนในที่สุดก็กลายเป็นของแข็งสีม่วงที่ย่อยได้อย่างรวดเร็วเพราะหนักกว่าฮาโลเจนอื่น.

การอ้างอิง

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley เคมี (8th ed.) CENGAGE การเรียนรู้, หน้า 452-455.
2. ÁngelesMéndez (22 พฤษภาคม 2012) กองกำลังกระจาย (จากลอนดอน) สืบค้นจาก: quimica.laguia2000.com
3. กองกำลังกระจายลอนดอน ดึงข้อมูลจาก: chem.purdue.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 มิถุนายน 2018) 3 ประเภทของแรงระหว่างโมเลกุล ดึงมาจาก: thoughtco.com
5. Ryan Ilagan และ Gary L Bertrand ปฏิกิริยาการแพร่กระจายลอนดอน นำมาจาก: chem.libretexts.org
6. ChemPages Netorials กองทัพลอนดอน สืบค้นจาก: chem.wisc.edu
7. Kamereon (22 พฤษภาคม 2013) ตุ๊กแก: กองกำลังตุ๊กแกและแวนเดอร์วาลส์ ดึงมาจาก: almabiologica.com