Londra forțează caracteristici și exemple

forțelor din Londra, Forțele împrăștiate de Londra sau interacțiunile dipol induse induse, sunt cele mai slabe tipuri de interacțiuni intermoleculare. Numele lui se datorează contribuțiilor fizicianului Fritz London și studiilor sale în domeniul fizicii cuantice.

Forțele Londrei explică modul în care moleculele interacționează ale căror structuri și atomi fac imposibilă formarea unui dipol permanent; adică, se aplică în mod esențial moleculelor apolare sau atomilor izolați de gaze nobile. Spre deosebire de forțele Van der Waals, este nevoie de distanțe foarte scurte.

O bună analogie fizică a forțelor londoneze poate fi găsită în funcționarea sistemului de închidere Velcro (imaginea de sus). Apăsând o parte a țesăturii brodate cu cârlige și cealaltă cu fibre, se creează o forță de atracție proporțională cu aria țesăturilor.

Odată ce ambele părți sunt sigilate, trebuie exercitată o forță pentru a contracara interacțiunile lor (efectuate de degetele noastre) pentru a le separa. Același lucru este valabil și pentru molecule: cu cât sunt mai voluminoase sau mai plate, cu atât interacțiunile intermoleculare sunt mai mari la distanțe foarte scurte.

Cu toate acestea, nu este întotdeauna posibil să se aproximeze aceste molecule la o distanță suficient de apropiată pentru ca interacțiunile lor să fie apreciabile.

În acest caz, acestea necesită temperaturi foarte scăzute sau presiuni foarte mari; ca atare este cazul gazelor. De asemenea, acest tip de interacțiuni poate fi prezent în substanțe lichide (cum ar fi n-hexan) și solide (cum ar fi iod).

index

• 1 Caracteristici
  • 1.1 Distribuția uniformă a sarcinii
  • 1.2 Polarizabilitatea
  • 1.3 Este invers proporțional cu distanța
  • 1.4 Este direct proporțională cu masa moleculară
• 2 Exemple de forțe din Londra
  • 2.1 În natură
  • 2.2 Alcani
  • 2.3 Halogeni și gaze
• 3 Referințe

caracteristici

Ce caracteristici trebuie să aibă o moleculă pentru a putea interacționa prin forțele Londrei? Răspunsul este că oricine ar putea să o facă, dar atunci când există un moment dipol permanent, interacțiunile dipol-dipol predomină mai mult decât interacțiunile de dispersie, contribuind foarte puțin la natura fizică a substanțelor.

În structurile în care nu există atomi puternic electronegativi sau a căror distribuție a încărcăturii electrostatice este omogenă, nu există nici un capăt sau o regiune care să fie considerată bogată (δ-) sau săracă (δ +) în electroni.

În aceste cazuri, un alt tip de forțe trebuie să intervină sau altfel acești compuși ar putea exista numai în faza gazoasă, indiferent chiar de condițiile de presiune sau de temperatură care acționează asupra lor.

Distribuția omogena a sarcinii

Doi atomi izolați, cum ar fi neon sau argon, au o distribuție omogenă de încărcare. Acest lucru poate fi văzut în imaginea de sus A. Cercurile albe din centru reprezintă nucleele, pentru atomi sau scheletul molecular, pentru molecule. Respectiva distribuție a încărcăturii poate fi considerată ca un nor de electroni de culoare verde.

De ce gaze nobile îndeplinesc această omogenitate? Deoarece au stratul lor electronic complet umplut, astfel încât electronii lor trebuie să simtă teoretic sarcina atragerii nucleului în toate orbitele în mod egal.

Spre deosebire de alte gaze, cum ar fi oxigenul atomic (O), stratul său este incomplet (care se observă în configurația sa electronică) și îl forțează să formeze molecula diatomică O₂ pentru a compensa această deficiență.

Cercurile verde ale lui A pot fi și molecule mici sau mari. Norul său de electroni orbitează în jurul tuturor atomilor care o fac, în special pe cele mai electronegative. În jurul acestor atomi, norul se va concentra și va fi mai negativ, în timp ce alți atomi vor avea o deficiență electronică.

Cu toate acestea, acest nor nu este static, dar dinamic, astfel încât la un moment dat vor exista regiuni scurte δ- și δ + și un fenomen numit polarizare.

polarizabilitatea

În A, norul verde indică o distribuție omogenă a încărcării negative. Cu toate acestea, forța de atracție pozitivă exercitată de nucleu poate oscila pe electroni. Aceasta determină o deformare a norului, creând astfel regiuni δ-, albastru și δ +, galben.

Acest moment bipolar brusc din atom sau moleculă poate distorsiona un nor electronic adiacent; cu alte cuvinte, induce un dipol brusc pe vecinul său (B, imaginea de sus).

Aceasta se datorează faptului că regiunea δ - perturbă norul vecin, electronii ei simt repulsia electrostatică și sunt orientați la polul opus, aparând δ +.

Observați modul în care se aliniază polii pozitivi și negativi, la fel ca și moleculele cu momente permanente de dipol. Cu cât nucleul electronic este mai voluminos, cu atât nucleul va fi mai dificil de menținut omogen în spațiu; și în plus, cu cât este mai mare deformarea aceluiași, așa cum se vede în C.

Prin urmare, atomii și moleculele mici sunt mai puțin probabil să fie polarizate de orice particule din mediul lor. Un exemplu pentru această situație este ilustrat de molecula mică de hidrogen, H₂.

Pentru a condensa, sau chiar mai mult, cristaliza, are nevoie de presiuni exorbitante pentru a forța moleculele sale să interacționeze fizic.

Este invers proporțională cu distanța

Chiar dacă se formează dipoli instantanee care îi induc pe alții în jurul lor, ele nu sunt suficiente pentru a ține împreună atomii sau moleculele.

În B există o distanță d care separă cele două nori și cele două nuclee ale acestora. Așa că ambii dipoli pot rămâne pentru un timp considerat, această distanță d Trebuie să fie foarte mică.

Această condiție trebuie îndeplinită, o caracteristică esențială a forțelor Londrei (amintiți-vă închiderea cu Velcro), astfel încât să aibă un efect vizibil asupra proprietăților fizice ale materialului.

odată d fi mic, nucleul stângii în B va începe să atragă regiunea albastră δ - a atomului sau moleculei vecine. Aceasta va deforma în continuare norul, așa cum se vede în C (nucleul nu mai este în centru, ci în dreapta). Apoi, vine un punct în care ambii nori ating și "sări", dar la un nivel destul de lent pentru a le avea împreună pentru o vreme.

Prin urmare, forțele Londrei sunt invers proporționale cu distanța d. De fapt, factorul este egal cu d⁷, astfel încât o variație minimă a distanței dintre atomi sau molecule să slăbească sau să consolideze dispersia Londrei.

Este direct proporțional cu masa moleculară

Cum de a mări dimensiunea norilor, astfel încât să se poată polariza mai ușor? Adăugând electroni, iar nucleul trebuie să aibă mai mulți protoni și neutroni, crescând astfel masa atomică; sau prin adăugarea de atomi în scheletul moleculei, care la rândul ei ar mări masa moleculară

În acest fel, nucleele sau scheletul molecular ar fi mai puțin probabil să păstreze uniform norul electronic tot timpul. Prin urmare, cu cât sunt mai mari cercurile verzi considerate în A, B și C, cu atât vor fi mai polarizabile și cu cât interacțiunile lor vor fi mai puternice de forțele londoneze.

Acest efect este observat în mod clar între B și C și ar putea fi chiar mai mare dacă cercurile au un diametru mai mare. Acest raționament este cheia explicării proprietăților fizice ale multor compuși pe baza masei lor moleculare.

Exemple de forțe din Londra

În natură

În viața de zi cu zi există nenumărate exemple de forțe de dispersie din Londra, fără a fi nevoie să se aventureze, în primul rând, în lumea microscopică.

Unul dintre exemplele cele mai frecvente și surprinzătoare se găsește în picioarele reptilelor cunoscute sub numele de geckos (imaginea de sus) și în multe insecte (și în Spiderman).

În picioare au tampoane din care se ridică mii de filamente mici. În imagine puteți vedea un gecko care se ridică pe panta unei stânci. Pentru a realiza acest lucru, face uz de forțele intermoleculare dintre stâncă și filamentele picioarelor.

Fiecare dintre aceste filamente interacționează slab cu suprafața prin scalarea mici reptile, dar din moment ce există mii de ei, exercită proporțional cu suprafața forței sale picioare, suficient de puternic pentru a rămâne atașat și poate scala. Geckos sunt, de asemenea, capabili de alpinism suprafețe netede și perfecte, cum ar fi cele de cristale.

alcani

Alcanii sunt hidrocarburi saturate, care interacționează, de asemenea, de forțele Londrei. Structurile lor moleculare constau pur și simplu din carbon și hidrogen legate prin legături simple. Având în vedere că diferența de electronegativități între C și H este foarte mică, ele sunt compuși apolari.

Deci, metanul, CH₄, cea mai mică hidrocarbură din toate, se fierbe la -161,7 ° C. Când C și H sunt adăugați la schelet, se obțin alte alcani cu mase moleculare mai mari.

În acest fel apar etan (-88,6 ° C), butan (-0,5 ° C) și octan (125,7 ° C). Observați cum cresc punctele de fierbere, pe măsură ce alcani devin mai grei.

Acest lucru se datorează faptului că norii lor electronici sunt mai polarizabili, iar structurile lor au o suprafață mai mare care crește contactul dintre moleculele lor.

Octanul, deși este un compus apolar, are un punct de fierbere mai mare decât apa.

Halogeni și gaze

Forțele Londrei sunt prezente și în multe substanțe gazoase. De exemplu, moleculele N₂, H₂, CO₂, F₂, Cl₂ și toate gazele nobile, interacționează prin aceste forțe, deoarece prezintă o distribuție electrostatică omogenă, care poate suferi dipoli instantanee și poate genera polarizări.

Gazele nobile sunt El (heliu), Ne (neon), Ar (argon), Kr (cripton), Xe (xenon) și Rn (radon). De la stânga la dreapta fierbere lor puncte cresc cu creșterea maselor atomice: -269, -246, -186, -152, -108 și -62 ° C.

Halogeni, de asemenea, interacționează prin aceste forțe. Fluorul este un gaz la temperatura camerei, la fel ca și clorul.Bromul, cu o masă atomică mai mare, este în condiții normale ca un lichid roșu, iar iodul, în final, formează un solid violet care se sublimează repede, deoarece este mai greu decât ceilalți halogeni.

referințe

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimie. (Ediția a 8-a). CENGAGE Learning, p 452-455.
2. Ángeles Méndez (22 mai 2012). Forțe de disperare (din Londra). Adus de la: quimica.laguia2000.com
3. Forțele de disperare din Londra. Adus de la: chem.purdue.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 iunie 2018). 3 Tipuri de forțe intermoleculare. Adus de la: thoughtco.com
5. Ryan Ilagan și Gary L Bertrand. Interacțiunile cu dispersia în Londra. Luat de la: chem.libretexts.org
6. ChemPages Netorials. Forțele Londrei. Adus de la: chem.wisc.edu
7. Kamereon. (22 mai 2013). Gecko: Gecko și forțele lui Van der Waals. Recuperat de la: almabiologica.com