ميزات القوات لندن والأمثلة

ال قوات لندن, إن قوى تشتت لندن أو تفاعلات ثنائي القطب المستحث ، هي أضعف أنواع التفاعلات بين الجزيئات. يرجع اسمه إلى مساهمات عالم الفيزياء فريتز لندن ودراساته في مجال فيزياء الكم.

تشرح قوى لندن كيف تتفاعل الجزيئات التي تجعل هياكلها وذراتها من المستحيل أن يتشكل ثنائي القطب الدائم ؛ وهذا هو ، ينطبق أساسا على جزيئات apolar أو الذرات المعزولة من الغازات النبيلة. على عكس قوات Van der Waals الأخرى ، فإنه يتطلب مسافات قصيرة للغاية.

يمكن العثور على تشبيه جسدي جيد لقوات لندن في تشغيل نظام إغلاق الفيلكرو (الصورة العليا). عن طريق الضغط على جانب من النسيج المطرزة مع السنانير ، والآخر مع الألياف ، يتم إنشاء قوة جذابة تتناسب مع مساحة الأقمشة.

بمجرد إغلاق الجانبين ، يجب بذل القوة للتصدي لتفاعلاتهم (التي صنعتها أصابعنا) لفصلهم. الأمر نفسه ينطبق على الجزيئات: فكلما زاد حجمها أو حجمها ، زادت تفاعلاتها بين الجزيئات على مسافات قصيرة جدًا.

ومع ذلك ، ليس من الممكن دائمًا تقريب هذه الجزيئات من مسافة قريبة بما يكفي لتكون تفاعلاتها ملحوظة.

عندما يكون هذا هو الحال ، فإنها تتطلب درجات حرارة منخفضة للغاية أو ضغوط عالية للغاية ؛ على هذا النحو هو الحال بالنسبة للغازات. أيضًا ، يمكن أن يكون هذا النوع من التفاعلات موجودًا في المواد السائلة (مثل n-hexane) والمواد الصلبة (مثل اليود).

مؤشر

• 1 الخصائص
  • 1.1 توزيع الحمل الموحد
  • 1.2 الاستقطاب
  • 1.3 يتناسب عكسيا مع المسافة
  • 1.4 يتناسب طرديا مع الكتلة الجزيئية
• 2 أمثلة لقوات لندن
  • 2.1 في الطبيعة
  • 2.2 الكانات
  • 2.3 الهالوجين والغازات
• 3 المراجع

ملامح

ما هي الخصائص التي يجب أن يتمتع بها الجزيء بحيث يمكنه التفاعل من خلال قوى لندن؟ الجواب هو أن أي شخص يمكن أن يفعل ذلك ، ولكن عندما تكون هناك لحظة ثنائيات أقطاب دائمة ، فإن التفاعلات ثنائية الأقطاب ثنائية الأقطاب تسود أكثر من تفاعلات التشتت ، مما يسهم قليلاً في الطبيعة الفيزيائية للمواد.

في الهياكل التي لا توجد فيها ذرات عالية الكهربية أو يكون توزيع الشحنة الكهربائية فيها متجانسة ، لا توجد نهاية أو منطقة يمكن اعتبارها غنية (δ-) أو فقيرة (δ +) في الإلكترونات.

في هذه الحالات ، يجب أن يتدخل نوع آخر من القوى أو لا يمكن أن توجد هذه المركبات إلا في مرحلة الغاز ، بغض النظر عن ظروف الضغط أو درجة الحرارة التي تعمل عليها..

توزيع حمولة متجانسة

اثنين من الذرات المعزولة ، مثل النيون أو الأرجون ، يكون توزيع الشحنة متجانسة. ويمكن ملاحظة ذلك في الصورة العليا. تمثل الدوائر البيضاء في الوسط النواة للذرات أو الهيكل العظمي الجزيئي للجزيئات. يمكن اعتبار توزيع الشحنة هذا سحابة من الإلكترونات ذات اللون الأخضر.

لماذا تحقق الغازات النبيلة هذا التجانس؟ نظرًا لأن الطبقة الإلكترونية الخاصة بها مملوءة تمامًا ، لذلك يجب أن تشعر إلكتروناتها نظريًا بتهمة جذب النواة في جميع المدارات بالتساوي.

على عكس الغازات الأخرى ، مثل الأكسجين الذري (O) ، تكون طبقته غير مكتملة (والتي تتم ملاحظتها في تكوينها الإلكتروني) وتجبرها على تكوين جزيء ثنائي الذرة O₂ للتعويض عن هذا النقص.

يمكن أن تكون الدوائر الخضراء A عبارة عن جزيئات صغيرة أو كبيرة. تدور سحابتها من الإلكترونات حول جميع الذرات التي تتكون منها ، لا سيما الذرات الإلكترونية. حول هذه الذرات سوف تركز السحابة وتكون أكثر سلبية ، في حين أن الذرات الأخرى سيكون لها نقص الكتروني.

ومع ذلك ، فإن هذه السحابة ليست ثابتة ولكنها ديناميكية ، لذلك في مرحلة ما ستكون هناك مناطق قصيرة δ- و brief + ، وظاهرة تسمى الاستقطاب.

الاستقطاب

في A ، تشير سحابة اللون الأخضر إلى توزيع متجانس لشحنة سالبة. ومع ذلك ، يمكن أن تتأرجح قوة الجذب الإيجابية التي تمارسها النواة على الإلكترونات. يؤدي هذا إلى حدوث تشوه في السحابة ، مما يؤدي إلى إنشاء مناطق δ- والأزرق و δ + والأصفر.

هذه اللحظة ثنائية القطب المفاجئة في الذرة أو الجزيء يمكن أن تشوه سحابة إلكترونية مجاورة ؛ وبعبارة أخرى ، فإنه يحفز ثنائيات أقطاب مفاجئة على جارتها (B ، الصورة العليا).

وذلك لأن المنطقة - تزعج السحابة المجاورة ، تشعر إلكتروناتها بالتنافر الإلكتروستاتيكي وتوجه نحو القطب المقابل ، وتظهر+.

لاحظ كيف تتوافق الأعمدة الإيجابية والسلبية ، وكذلك الجزيئات مع لحظات ثنائية القطب دائمة. كلما زاد حجم السحابة الإلكترونية ، كلما أبقتها النواة متجانسة في الفضاء ؛ وكذلك ، كلما زاد تشوهه ، كما يظهر في C.

لذلك ، من غير المرجح أن يتم استقطاب الذرات والجزيئات الصغيرة بواسطة أي جسيم في بيئتها. مثال على هذا الموقف يتضح من جزيء الهيدروجين الصغير H₂.

للتكثيف ، أو حتى التبلور ، يحتاج إلى ضغوط باهظة لإجبار جزيئاته على التفاعل ماديًا.

انها تتناسب عكسيا مع المسافة

حتى إذا تم تشكيل ثنائيات أقطاب لحظية تحفز الآخرين من حولهم ، فهي لا تكفي لضم الذرات أو الجزيئات معًا.

في B هناك مسافة د الذي يفصل بين الغيوم اثنين ونواة اثنين. بحيث يمكن أن يبقى كل من القطبين لفترة مدروسة ، هذه المسافة د يجب أن تكون صغيرة جدا.

يجب الوفاء بهذا الشرط ، وهو أحد الخصائص الأساسية لقوات لندن (تذكر إغلاق الفيلكرو) ، بحيث يكون له تأثير ملحوظ على الخصائص الفيزيائية للمواد.

مرة واحدة د تكون صغيرة ، تبدأ نواة اليسار في B في جذب المنطقة الزرقاء of للذرة أو الجزيء المجاور. سيؤدي ذلك إلى مزيد من تشوه السحابة ، كما هو موضح في C (لم يعد النواة في الوسط بل إلى اليمين). ثم ، هناك نقطة تلمس فيها السحابة كلاهما "وترتد" ، ولكن في حالة بطيئة بما يكفي لجعلهما معًا لفترة من الوقت.

لذلك ، فإن قوات لندن تتناسب عكسيا مع المسافة د. في الواقع ، فإن العامل يساوي د⁷, لذلك فإن تباين ضئيل للمسافة بين الذرات أو الجزيئات سيضعف أو يعزز تشتت لندن.

وهو يتناسب طرديا مع الكتلة الجزيئية

كيف تزيد من حجم السحب بحيث تستقطب بسهولة أكبر؟ إضافة إلكترونات ، ولهذا يجب أن تحتوي النواة على مزيد من البروتونات والنيوترونات ، وبالتالي زيادة الكتلة الذرية ؛ أو ، عن طريق إضافة ذرات إلى الهيكل العظمي للجزيء ، والتي بدورها ستزيد كتلتها الجزيئية

وبهذه الطريقة ، تكون النواة أو الهيكل العظمي الجزيئي أقل عرضة للحفاظ على السحابة الإلكترونية موحدة طوال الوقت. لذلك ، كلما كبرت الدوائر الخضراء التي تم بحثها في A و B و C ، كلما كانت أكثر استقطابًا وستكون تفاعلات قوات لندن أكبر.

يتم ملاحظة هذا التأثير بوضوح بين B و C ، وقد يكون أكبر إذا كانت الدوائر أكبر في القطر. هذا المنطق هو مفتاح لشرح الخصائص الفيزيائية للعديد من المركبات وفقا لكتلها الجزيئية.

أمثلة على قوات لندن

في الطبيعة

في الحياة اليومية ، هناك أمثلة لا حصر لها من قوى تشتت لندن دون الحاجة إلى المغامرة ، في المقام الأول ، في العالم المجهري.

تم العثور على أحد أكثر الأمثلة شيوعًا ومثيرة للدهشة في أرجل الزواحف المعروفة باسم geckos (الصورة العليا) وفي العديد من الحشرات (أيضًا في Spiderman).

في أرجلهم لديهم منصات منها الآلاف من خيوط صغيرة تبرز. في الصورة ، يمكنك رؤية رصيف صخري يطرح على منحدر صخرة. لتحقيق ذلك ، فإنه يستخدم القوى بين الجزيئات بين الصخور وخيوط الساقين.

يتفاعل كل من هذه الشعيرات بشكل ضعيف مع السطح الذي تحرّك فيه الزواحف الصغيرة ، لكن بما أنها الآلاف منها ، فإنها تمارس قوة تتناسب مع مساحة أرجلها ، قوية بما يكفي لتبقى متصلة وقادرة على الصعود. Geckos هي أيضا قادرة على تسلق الأسطح الملساء والكمال مثل تلك البلورات.

الألكانات

الألكانات هي هيدروكربونات مشبعة تتفاعل أيضًا مع قوات لندن. هياكلها الجزيئية تتكون ببساطة من كربون وهيدروجين مرتبطين بروابط بسيطة. بالنظر إلى أن الاختلافات في الكهربية بين C و H صغيرة للغاية ، فهي مركبات غير محددة.

لذلك ، الميثان ، CH₄, أصغر هيدروكربون على الإطلاق ، يغلي عند -161.7 درجة مئوية. عند إضافة C و H إلى الهيكل العظمي ، يتم الحصول على ألكانات أخرى ذات كتل جزيئية أعلى.

بهذه الطريقة ، تنشأ الإيثان (-88.6 درجة مئوية) ، والبوتان (-0.5 درجة مئوية) والأوكتان (125.7 درجة مئوية). لاحظ كيف تزداد نقاط الغليان مع زيادة وزن الألكانات.

وذلك لأن الغيوم الإلكترونية الخاصة بها تكون أكثر قابلية للاستقطاب ولهياكلها مساحة سطح أكبر مما يزيد من التلامس بين جزيئاتها.

الأوكتان ، على الرغم من أنه مركب ذو أبولار ، له نقطة غليان أعلى من الماء.

الهالوجين والغازات

تتواجد قوات لندن أيضًا في العديد من المواد الغازية. على سبيل المثال ، جزيئات N₂, H₂, CO₂, F₂, الكلورين₂ وجميع الغازات النبيلة ، تتفاعل مع هذه القوى ، لأنها تقدم توزيع إلكتروستاتيكي متجانس ، والذي يمكن أن يعاني من ثنائيات أقطاب فورية ويؤدي إلى استقطاب.

الغازات النبيلة هي (هيليوم) ، ني (نيون) ، أر (الأرجون) ، كر (كريبتون) ، إكس (زينون) ورن (رادون). من اليسار إلى اليمين ، تزداد نقاط الغليان مع زيادة الكتل الذرية: -269 ، -246 ، -186 ، -152 ، -108 ، -62 درجة مئوية.

تتفاعل الهالوجينات أيضًا من خلال هذه القوى. الفلور هو غاز في درجة حرارة الغرفة ، تمامًا مثل الكلور. يكون البروم ، ذو الكتلة الذرية الأكبر ، في ظروف طبيعية كسائل محمر ، ويشكل اليود أخيرًا مادة صلبة أرجوانية تتسرب بسرعة لأنها أثقل من الهالوجينات الأخرى.

مراجع

1. بياض ، ديفيس ، بيك وستانلي. الكيمياء. (الطبعة الثامنة). CENGAGE Learning ، ص 452-455.
2. أنجيليس منديز. (22 مايو 2012). قوات التشتت (من لندن). تم الاسترجاع من: quimica.laguia2000.com
3. قوات تشتت لندن. تم الاسترجاع من: chem.purdue.edu
4. Helmenstine ، آن ماري ، دكتوراه (22 يونيو 2018). 3 أنواع من القوات الجزيئية. تم الاسترجاع من: thinkco.com
5. ريان إيلاجان وغاري إل برتراند. لندن تشتت التفاعلات. مأخوذة من: chem.libretexts.org
6. ChemPages نتوريلس. قوات لندن. تم الاسترجاع من: chem.wisc.edu
7. Kamereon. (22 مايو 2013). أبو بريص: قوات أبو بريص وفان دير فال. تم الاسترجاع من: almabiologica.com