Lực lượng London và các ví dụ



các lực lượng của Luân Đôn, Các lực phân tán London hoặc các tương tác lưỡng cực cảm ứng - lưỡng cực, là loại tương tác yếu nhất giữa các phân tử. Tên ông là do sự đóng góp của nhà vật lý Fritz London và nghiên cứu của ông trong lĩnh vực vật lý lượng tử.

Các lực lượng của London giải thích cách các phân tử tương tác với cấu trúc và nguyên tử của nó khiến cho một lưỡng cực vĩnh viễn không thể hình thành; nghĩa là, về cơ bản, nó áp dụng cho các phân tử cực hoặc cho các nguyên tử phân lập từ các khí hiếm. Không giống như các lực lượng Van der Waals khác, nó đòi hỏi khoảng cách cực ngắn.

Một sự tương tự vật lý tốt của các lực lượng London có thể được tìm thấy trong hoạt động của hệ thống đóng cửa Velcro (hình trên). Bằng cách nhấn một mặt của vải thêu bằng móc và mặt kia bằng sợi, một lực hấp dẫn được tạo ra tỷ lệ thuận với diện tích của vải.

Khi cả hai mặt được niêm phong, một lực phải được tác dụng để chống lại sự tương tác của chúng (được tạo ra bởi ngón tay của chúng ta) để tách chúng ra. Điều tương tự cũng xảy ra với các phân tử: chúng càng có độ xốp hoặc phẳng thì tương tác giữa các phân tử của chúng càng lớn ở khoảng cách rất ngắn.

Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có thể ước chừng các phân tử này ở khoảng cách đủ gần để các tương tác của chúng được đánh giá cao.

Khi gặp trường hợp này, chúng đòi hỏi nhiệt độ rất thấp hoặc áp suất rất cao; như vậy đó là trường hợp của khí. Ngoài ra, loại tương tác này có thể có trong các chất lỏng (như n-hexan) và chất rắn (như iốt).

Chỉ số

  • 1 Đặc điểm
    • 1.1 Phân phối tải thống nhất
    • 1.2 Độ phân cực
    • 1.3 Tỷ lệ nghịch với khoảng cách
    • 1.4 Tỷ lệ thuận với khối lượng phân tử
  • 2 Ví dụ về lực lượng London
    • 2.1 Trong tự nhiên
    • 2.2 Ankan
    • 2.3 Các halogen và khí
  • 3 tài liệu tham khảo

Tính năng

Một phân tử phải có những đặc điểm gì để nó có thể tương tác thông qua các lực của London? Câu trả lời là bất cứ ai cũng có thể làm được, nhưng khi có một thời điểm lưỡng cực vĩnh viễn, tương tác lưỡng cực - lưỡng cực chiếm ưu thế hơn so với tương tác phân tán, đóng góp rất ít vào bản chất vật lý của các chất.

Trong các cấu trúc không có các nguyên tử có độ âm điện cao hoặc có sự phân bố điện tích là đồng nhất, không có phần cuối hoặc vùng nào có thể được coi là giàu (-) hoặc kém (δ +) trong các điện tử.

Trong những trường hợp này, một loại lực khác phải can thiệp hoặc nếu không thì các hợp chất này chỉ có thể tồn tại trong pha khí, bất kể điều kiện áp suất hay nhiệt độ nào đang hoạt động trên chúng..

Phân phối tải đồng nhất

Hai nguyên tử bị cô lập, chẳng hạn như neon hoặc argon, có phân bố điện tích đồng nhất. Điều này có thể được nhìn thấy trong A, hình ảnh trên cùng. Các vòng tròn màu trắng ở trung tâm đại diện cho các hạt nhân, cho các nguyên tử, hoặc bộ xương phân tử, cho các phân tử. Sự phân bố điện tích này có thể được coi là một đám mây điện tử có màu xanh lục.

Tại sao các khí cao quý thực hiện sự đồng nhất này? Do chúng có lớp điện tử được lấp đầy hoàn toàn, nên về mặt lý thuyết, các electron của chúng phải cảm nhận được điện tích của hạt nhân trong tất cả các quỹ đạo như nhau.

Trái ngược với các loại khí khác, chẳng hạn như oxy nguyên tử (O), lớp của nó không hoàn chỉnh (được quan sát trong cấu hình điện tử của nó) và buộc nó tạo thành phân tử diatomic O2 để bù đắp cho sự thiếu hụt này.

Các vòng tròn màu xanh lá cây của A cũng có thể là các phân tử, nhỏ hoặc lớn. Đám mây electron của nó quay xung quanh tất cả các nguyên tử tạo nên nó, đặc biệt là những hạt có độ âm điện lớn hơn. Xung quanh các nguyên tử này, đám mây sẽ tập trung và âm hơn, trong khi các nguyên tử khác sẽ bị thiếu điện tử.

Tuy nhiên, đám mây này không tĩnh mà động, do đó tại một thời điểm nào đó sẽ có các vùng ngắn δ- và δ + và một hiện tượng được gọi là phân cực.

Phân cực

Trong A, đám mây màu xanh biểu thị sự phân bố đồng nhất của điện tích âm. Tuy nhiên, lực hút tích cực do hạt nhân tác dụng có thể dao động trên các electron. Điều này gây ra sự biến dạng của đám mây do đó tạo ra các vùng-, màu xanh lam và +, màu vàng.

Khoảnh khắc lưỡng cực đột ngột này trong nguyên tử hoặc phân tử có thể làm biến dạng một đám mây điện tử liền kề; nói cách khác, nó gây ra một lưỡng cực bất ngờ trên người hàng xóm của nó (B, hình trên cùng).

Điều này là do vùng δ- làm nhiễu loạn đám mây lân cận, các electron của nó cảm thấy lực đẩy tĩnh điện và được định hướng ở cực đối diện, xuất hiện+.

Lưu ý cách các cực dương và cực âm thẳng hàng, cũng như các phân tử có khoảnh khắc lưỡng cực vĩnh viễn. Đám mây điện tử càng biến động, hạt nhân sẽ càng giữ cho nó đồng nhất trong không gian; và cũng vậy, biến dạng của cùng càng lớn, như đã thấy trong C.

Do đó, các nguyên tử và phân tử nhỏ dường như không bị phân cực bởi bất kỳ hạt nào trong môi trường của chúng. Một ví dụ cho tình huống này được minh họa bởi phân tử hydro nhỏ, H2.

Để ngưng tụ, hoặc thậm chí nhiều hơn, kết tinh, nó cần áp lực cắt cổ để buộc các phân tử của nó tương tác vật lý.

Nó tỷ lệ nghịch với khoảng cách

Ngay cả khi các lưỡng cực tức thời được hình thành gây ra những người khác xung quanh chúng, chúng vẫn không đủ để giữ các nguyên tử hoặc phân tử lại với nhau.

Trong B có một khoảng cách d ngăn cách hai đám mây và hai hạt nhân của chúng. Vì vậy, cả hai lưỡng cực có thể duy trì trong một thời gian xem xét, khoảng cách này d nó phải rất nhỏ.

Điều kiện này phải được đáp ứng, một đặc tính thiết yếu của các lực lượng của London (hãy nhớ đóng cửa Velcro), để nó có tác động rõ rệt đến các tính chất vật lý của vật liệu.

Một lần d nhỏ, hạt nhân bên trái trong B sẽ bắt đầu thu hút vùng màu xanh δ- của nguyên tử hoặc phân tử lân cận. Điều này sẽ làm biến dạng thêm đám mây, như đã thấy trong C (lõi không còn ở trung tâm mà ở bên phải). Sau đó, đến một điểm mà cả hai đám mây chạm và "nảy", nhưng tại một thời điểm đủ chậm để có chúng cùng nhau trong một thời gian.

Do đó, lực lượng của London tỷ lệ nghịch với khoảng cách d. Trong thực tế, yếu tố bằng d7, do đó, một sự thay đổi tối thiểu của khoảng cách giữa cả hai nguyên tử hoặc phân tử sẽ làm suy yếu hoặc tăng cường sự phân tán của Luân Đôn.

Nó tỷ lệ thuận với khối lượng phân tử

Làm thế nào để tăng kích thước của các đám mây để chúng phân cực dễ dàng hơn? Thêm electron, và cho rằng hạt nhân phải có nhiều proton và neutron hơn, do đó làm tăng khối lượng nguyên tử; hoặc, bằng cách thêm các nguyên tử vào bộ xương của phân tử, do đó sẽ làm tăng khối lượng phân tử của nó

Theo cách này, các hạt nhân hoặc bộ xương phân tử sẽ ít có khả năng giữ cho đám mây điện tử luôn đồng đều. Do đó, các vòng tròn màu xanh lá cây được xem xét trong A, B và C càng lớn, chúng sẽ càng phân cực hơn và tương tác giữa các lực lượng London sẽ càng lớn.

Hiệu ứng này được quan sát rõ ràng giữa B và C, và thậm chí có thể nhiều hơn nếu các vòng tròn có đường kính lớn hơn. Lý do này là chìa khóa để giải thích tính chất vật lý của nhiều hợp chất theo khối lượng phân tử của chúng.

Ví dụ về lực lượng London

Trong tự nhiên

Trong cuộc sống hàng ngày, có vô số ví dụ về lực lượng phân tán của Luân Đôn mà không cần phải mạo hiểm, trong trường hợp đầu tiên, vào thế giới vi mô.

Một trong những ví dụ phổ biến và đáng ngạc nhiên nhất được tìm thấy ở chân của các loài bò sát được gọi là tắc kè (hình trên cùng) và ở nhiều loài côn trùng (cũng trong Người nhện).

Trong chân của chúng có những miếng đệm trong đó hàng ngàn sợi nhỏ nhô ra. Trong hình ảnh, bạn có thể thấy một con tắc kè đang tạo dáng trên sườn của một tảng đá. Để đạt được điều này, nó sử dụng các lực liên phân tử giữa đá và các sợi của chân của nó.

Mỗi sợi này tương tác yếu với bề mặt mà vảy bò sát nhỏ, nhưng vì chúng là hàng ngàn con, chúng tạo ra một lực tỷ lệ với diện tích của chân, đủ mạnh để giữ và có thể leo lên. Tắc kè cũng có khả năng leo lên các bề mặt mịn và hoàn hảo như các tinh thể.

Ankan

Các ankan là các hydrocacbon bão hòa cũng tương tác với lực lượng London. Cấu trúc phân tử của chúng chỉ đơn giản là các nguyên tử cacbon và hydro được liên kết bởi các liên kết đơn giản. Cho rằng sự khác biệt về độ âm điện giữa C và H là rất nhỏ, chúng là các hợp chất phân cực.

Vì vậy, mêtan, CH4, hydrocarbon nhỏ nhất trong tất cả, sôi ở -161,7 CC. Khi C và H được thêm vào bộ xương, các ankan khác có khối lượng phân tử cao hơn sẽ thu được.

Theo cách này, phát sinh ethane (-88,6 CC), butan (-0,5 CC) và octan (125,7 CC). Chú ý điểm sôi tăng lên khi ankan nặng hơn.

Điều này là do các đám mây điện tử của chúng phân cực hơn và cấu trúc của chúng có diện tích bề mặt lớn hơn làm tăng sự tiếp xúc giữa các phân tử của chúng.

Octane, mặc dù nó là một hợp chất cực, có nhiệt độ sôi cao hơn nước.

Các halogen và khí

Lực lượng của London cũng có mặt trong nhiều chất khí. Ví dụ: phân tử N2, H2, CO2, F2, Cl2 và tất cả các khí hiếm, tương tác bởi các lực này, vì chúng thể hiện sự phân bố tĩnh điện đồng nhất, có thể chịu các lưỡng cực tức thời và làm phát sinh các phân cực.

Các loại khí cao quý là He (helium), Ne (neon), Ar (argon), Kr (krypton), Xe (xenon) và Rn (radon). Từ trái sang phải, các điểm sôi của nó tăng lên cùng với sự gia tăng của các khối nguyên tử: -269, -246, -186, -52, -108 và -62 ºC.

Các halogen cũng tương tác thông qua các lực này. Fluorine là một chất khí ở nhiệt độ phòng, giống như clo. Chất brom, với khối lượng nguyên tử lớn hơn, ở điều kiện bình thường là chất lỏng màu đỏ, và iốt, cuối cùng, tạo thành một chất rắn màu tím thăng hoa nhanh chóng vì nó nặng hơn các halogen khác.

Tài liệu tham khảo

  1. Whites, Davis, Peck & Stanley. Hóa học (Tái bản lần thứ 8). Học tập CENGAGE, trang 452-455.
  2. Ángele Méndez. (Ngày 22 tháng 5 năm 2012). Lực lượng phân tán (từ London). Lấy từ: quimica.laguia2000.com
  3. Lực lượng phân tán London. Lấy từ: chem.purdue.edu
  4. Helmenstine, Anne Marie, Tiến sĩ (Ngày 22 tháng 6 năm 2018). 3 loại lực lượng liên phân tử. Lấy từ: thinkco.com
  5. Ryan Ilagan & Gary L Bertrand. Tương tác phân tán London. Lấy từ: chem.libretexts.org
  6. Hóa chất Netorials. Lực lượng Luân Đôn. Lấy từ: chem.wisc.edu
  7. Kamereon. (Ngày 22 tháng 5 năm 2013). Tắc kè: Lực lượng tắc kè và Van der Waals. Lấy từ: almabiologica.com