Ciri dan contoh pasukan London



The tentera London, Daya penyebaran London atau interaksi dipole dipole dipole, adalah jenis interaksi intermolecular paling lemah. Namanya disebabkan oleh sumbangan fizik Fritz London dan pengajiannya dalam bidang fizik kuantum.

Pasukan London menjelaskan bagaimana molekul berinteraksi dengan struktur dan atomnya yang menjadikan mustahil untuk dipol kekal; iaitu, ia pada dasarnya terpakai kepada molekul apolar atau atom yang terasing dari gas mulia. Tidak seperti pasukan Van der Waals yang lain, ia memerlukan jarak yang sangat pendek.

Analogi fizikal yang baik dari angkatan London dapat ditemukan dalam pengoperasian sistem penutupan Velcro (gambar atas). Dengan menekan satu sisi kain bersulam dengan cangkuk, dan satu lagi dengan gentian, satu daya yang menarik dicipta yang berkadar dengan kawasan kain.

Apabila kedua-dua belah pihak dimeteraikan, satu kekuatan harus dilakukan untuk mengatasi interaksi mereka (dibuat oleh jari kita) untuk memisahkannya. Begitu juga untuk molekul: semakin besar atau rata mereka, semakin besar interaksi antara intermolecular mereka pada jarak yang sangat pendek.

Bagaimanapun, tidak selalunya mungkin untuk menghampiri molekul-molekul ini pada jarak yang cukup dekat kerana interaksi mereka akan ketara.

Apabila ini berlaku, mereka memerlukan suhu yang sangat rendah atau tekanan yang sangat tinggi; oleh itu ia adalah kes gas. Juga, jenis interaksi ini boleh terdapat dalam bahan-bahan cair (seperti n-heksana) dan pepejal (seperti yodium).

Indeks

  • 1 Ciri-ciri
    • 1.1 Pengagihan beban seragam
    • 1.2 Polarizability
    • 1.3 Ia berkadar songsang dengan jarak
    • 1.4 Ia berkadar terus dengan jisim molekul
  • 2 Contoh pasukan London
    • 2.1 Sifatnya
    • 2.2 Alkanes
    • 2.3 Halogen dan gas
  • 3 Rujukan

Ciri-ciri

Ciri-ciri apa yang mesti mempunyai molekul supaya ia dapat berinteraksi melalui kuasa London? Jawapannya adalah bahawa sesiapa sahaja boleh melakukannya, tetapi apabila terdapat masa dipol kekal, interaksi dipole-dipole mendominasi lebih banyak daripada interaksi penyebaran, menyumbang sangat sedikit kepada sifat fizikal bahan-bahan.

Dalam struktur di mana tidak ada atom elektronegatif yang tinggi atau yang pengedaran cas elektrostatik adalah homogen, tidak ada hujung atau rantau yang boleh dianggap kaya (δ-) atau miskin (δ +) dalam elektron.

Dalam kes ini, satu lagi jenis kuasa mesti campur tangan atau sebaliknya sebatian ini hanya boleh wujud dalam fasa gas, tanpa mengira apa tekanan atau keadaan suhu yang beroperasi pada mereka..

Pengagihan beban homogen

Dua atom terpencil, seperti neon atau argon, mempunyai pengagihan caj homogen. Ini boleh dilihat dalam imej A, atas. Lingkaran putih di pusat mewakili nukleus, untuk atom, atau rangka molekul, untuk molekul. Pengagihan caj ini boleh dianggap sebagai awan elektron warna hijau.

Kenapa gas mulia memenuhi homogeniti ini? Kerana mereka mempunyai lapisan elektronik mereka sepenuhnya diisi, maka elektron mereka mesti secara teorinya merasakan daya tarik nukleus dalam semua orbital sama.

Berbeza dengan gas lain, seperti oksigen atom (O), lapisannya tidak lengkap (yang diamati dalam konfigurasi elektroniknya) dan memaksanya membentuk molekul diatomik O2 untuk mengimbangi kekurangan ini.

Lingkaran hijau A juga boleh menjadi molekul, kecil atau besar. Awan elektron orbit mengelilingi semua atom yang membuatnya, terutama yang lebih banyak elektronegatif. Di sekeliling atom ini awan akan menumpukan perhatian dan menjadi lebih negatif, sementara atom lain akan mempunyai kekurangan elektronik.

Walau bagaimanapun, awan ini tidak statik tetapi dinamik, sehingga pada suatu ketika akan ada kawasan ringkas δ- dan δ +, dan fenomena yang dipanggil polarisasi.

Polarizability

Dalam A awan warna hijau menunjukkan pengagihan negatif kesatuan negatif. Walau bagaimanapun, daya tarik positif yang dikenakan oleh nukleus boleh berayun ke atas elektron. Ini menyebabkan ubah bentuk awan dengan itu mewujudkan kawasan δ-, biru, dan δ +, kuning.

Momen dipole secara tiba-tiba dalam atom atau molekul boleh memesongkan awan elektronik bersebelahan; dalam erti kata lain, ia mendorong dipole tiba-tiba pada jirannya (B, imej atas).

Ini kerana rantau δ- mengganggu awan jiran, elektronnya merasakan keengganan elektrostatik dan berorientasikan pada tiang bertentangan, muncul δ+.

Perhatikan bagaimana tiang positif dan negatif menjajarkan, sama seperti molekul dengan momen kekal dipole. Semakin besar awan elektronik, kernel yang lebih keras akan menjadikannya homogen di angkasa; dan juga, semakin besar ubah bentuk yang sama seperti yang dilihat dalam C.

Oleh itu, atom-atom dan molekul-molekul kecil mungkin tidak terpolarisasi oleh sebarang zarah dalam persekitarannya. Satu contoh untuk keadaan ini digambarkan oleh molekul hidrogen kecil, H2.

Untuk melembutkan, atau lebih, mengkristal, ia memerlukan tekanan yang terlalu tinggi untuk memaksa molekulnya berinteraksi secara fizikal.

Ia berkadar songsang dengan jarak

Sekalipun polip seketika terbentuk yang mendorong orang lain di sekelilingnya, mereka tidak cukup untuk menahan atom atau molekul bersama-sama.

Di B ada jarak d yang memisahkan dua awan dan dua nuklei mereka. Sehingga kedua-dua dipoles boleh kekal untuk masa yang dipertimbangkan, jarak ini d ia mesti sangat kecil.

Keadaan ini mesti dipenuhi, ciri penting pasukan London (ingat penutupan Velcro), supaya ia mempunyai kesan ketara terhadap sifat fizikal bahan.

Sekali lagi d kecil, nukleus kiri di B akan mula menarik rantau biru δ- atom atau molekul jiran. Ini akan terus ubah bentuk awan, seperti yang dilihat dalam C (teras tidak lagi di pusat tetapi ke kanan). Kemudian, terdapat satu titik di mana kedua-dua awan menyentuh dan "melantunkan", tetapi cukup lambat untuk menyatukan mereka untuk seketika.

Oleh itu, tentera London berkadar songsang dengan jarak d. Malah, faktornya sama dengan d7, jadi variasi jarak yang minimum antara kedua-dua atom atau molekul akan melemahkan atau menguatkan penyebaran London.

Ia berkadar terus dengan jisim molekul

Bagaimana untuk meningkatkan saiz awan agar mereka dapat memusingkan lebih mudah? Menambah elektron, dan untuk itu nukleus mesti mempunyai lebih banyak proton dan neutron, sehingga meningkatkan jisim atom; atau, dengan menambah atom ke rangka molekul, yang seterusnya akan meningkatkan jisim molekulnya

Dengan cara ini, nukleus atau rangka molekul akan berkemungkinan kurang menjaga seragam awan elektronik sepanjang masa. Oleh itu, semakin besar lingkaran hijau dipertimbangkan dalam A, B dan C, semakin banyak polarisasi mereka dan semakin besar interaksi mereka oleh pasukan London.

Kesan ini jelas diperhatikan antara B dan C, dan boleh jadi lebih jika lingkaran lebih besar dengan garis pusat. Penalaran ini adalah kunci untuk menerangkan ciri-ciri fizikal sebatian banyak mengikut massa molekul mereka.

Contoh-contoh pasukan London

Dalam sifatnya

Dalam kehidupan seharian terdapat banyak contoh daya penyebaran London tanpa perlu meneroka, dalam contoh pertama, ke dunia mikroskopik.

Salah satu contoh yang paling biasa dan mengejutkan terdapat di kaki reptilia yang dikenali sebagai tokek (imej atas) dan di banyak serangga (juga di Spiderman).

Di kaki mereka, mereka mempunyai pad yang beribu-ribu filamen kecil menonjol. Dalam imej, anda dapat melihat gecko yang berpose di lereng batu. Untuk mencapai matlamat ini, ia menggunakan kuasa-kuasa intermolecular antara batu dan filamen kaki.

Setiap filamen ini berinteraksi lemah dengan permukaan di mana skala reptil kecil, tetapi kerana mereka beribu-ribu dari mereka, mereka menggunakan daya yang berkadar dengan kawasan kaki mereka, cukup kuat untuk tetap dilampirkan dan mampu mendaki. Geckos juga mampu memanjat permukaan halus dan sempurna seperti kristal.

Alkanes

Alkana adalah hidrokarbon jenuh yang juga berinteraksi dengan pasukan London. Struktur molekul mereka hanya terdiri daripada karbon dan hidrogen yang dikaitkan dengan ikatan mudah. Memandangkan perbezaan elektronegativiti antara C dan H adalah sangat kecil, ia adalah sebatian apolar.

Jadi, metana, CH4, hidrokarbon terkecil semua, bisul pada -161.7ºC. Kerana C dan H ditambah pada rangka, alkana lain dengan massa molekul yang lebih tinggi diperolehi.

Dengan cara ini, etana (-88.6ºC), butana (-0.5ºC) dan oktana (125.7ºC) timbul. Perhatikan bagaimana titik didih meningkat apabila alkana menjadi lebih berat.

Ini kerana awan elektronik mereka lebih polarizable dan struktur mereka mempunyai kawasan permukaan yang lebih besar yang meningkatkan hubungan antara molekul mereka.

Octane, walaupun ia adalah sebatian apolar, mempunyai titik didih yang lebih tinggi daripada air.

Halogen dan gas

Pasukan London juga hadir dalam banyak bahan gas. Sebagai contoh, molekul N2, H2, CO2, F2, Cl2 dan semua gas mulia, berinteraksi dengan kuasa-kuasa ini, kerana mereka menyebarkan pengedaran elektrostatik homogen, yang boleh menderita serta-merta dan menimbulkan polarisasi.

Gas mulia adalah Dia (helium), Ne (neon), Ar (argon), Kr (krypton), Xe (xenon) dan Rn (radon). Dari kiri ke kanan, titik didihnya meningkat dengan peningkatan massa atom: -269, -246, -186, -152, -108, dan -62 ºC.

Halogens juga berinteraksi melalui kuasa-kuasa ini. Fluorine adalah gas pada suhu bilik, seperti klorin. Bromin, dengan jisim atom yang lebih besar, berada dalam keadaan normal sebagai cecair kemerahan, dan iodin, akhirnya, membentuk pepejal ungu yang menyemai dengan cepat kerana ia adalah lebih berat daripada halogen lain.

Rujukan

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia (Ed ed.). Pembelajaran CENGAGE, p 452-455.
  2. Ángeles Méndez. (22 Mei 2012). Pasukan penyebaran (dari London). Diperolehi daripada: quimica.laguia2000.com
  3. Angkatan Penyebaran London. Diperolehi daripada: chem.purdue.edu
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Jun, 2018). 3 Jenis Angkatan Intermolecular. Diperolehi daripada: thoughtco.com
  5. Ryan Ilagan & Gary L Bertrand. Interaksi Penyebaran London. Diambil dari: chem.libretexts.org
  6. ChemPages Netorials. Pasukan London. Diperolehi daripada: chem.wisc.edu
  7. Kamereon. (22 Mei 2013). Gecko: Pasukan tokek dan Van der Waals. Diperolehi daripada: almabiologica.com