ANG PUWERSA NG LONDON: MGA KATANGIAN AT HALIMBAWA - CHEMISTRY - 2025

Ang mga puwersa ng London , ang mga pwersa ng pagpapakalat ng London o mga pakikipag-ugnay na sapilitan-dipole na dipole, ay ang pinakamahina na uri ng mga intermolecular na pakikipag-ugnay. Ang pangalan nito ay dahil sa mga kontribusyon ng pisisista na Fritz London at ang kanyang pag-aaral sa larangan ng pisika ng dami.

Ipinapaliwanag ng mga puwersa ng London kung paano nakikipag-ugnay ang mga molekula na ang mga istraktura at atoms ay ginagawang imposible para sa kanya na bumuo ng isang permanenteng dipole; iyon ay, sa panimula ito ay nalalapat sa mga mololohiko na apolar o sa mga nakahiwalay na mga atomo ng marangal na gas. Hindi tulad ng iba pang mga puwersa ng Van der Waals, ang isang ito ay nangangailangan ng sobrang maikling distansya.

Pinagmulan: Hadley Paul Garland sa pamamagitan ng Flickr

Ang isang mahusay na pisikal na pagkakatulad ng mga puwersa ng London ay matatagpuan sa pagpapatakbo ng sistema ng pagsasara ng Velcro (imahe sa itaas). Sa pamamagitan ng pagpindot sa isang bahagi ng burda na tela na may mga kawit, at ang iba pang may mga hibla, isang kaakit-akit na puwersa ay nilikha na proporsyonal sa lugar ng mga tela.

Kapag ang parehong mga mukha ay selyadong, isang puwersa ay dapat na iginawad upang salungatin ang kanilang mga pakikipag-ugnay (ginawa ng aming mga daliri) upang paghiwalayin ang mga ito. Ang parehong ay totoo ng mga molekula: ang mas malalakas o patag na mga ito, mas malaki ang kanilang mga intermolecular na pakikipag-ugnay sa napakakaunting mga distansya.

Gayunpaman, hindi palaging posible na dalhin ang mga molekulang ito na malapit upang mapansin ang kanilang mga pakikipag-ugnayan.

Kapag ganito, nangangailangan sila ng napakababang temperatura o napakataas na presyon; tulad ng kaso ng mga gas. Gayundin, ang mga uri ng mga pakikipag-ugnayan ay maaaring naroroon sa mga likidong sangkap (tulad ng n-hexane) at mga solidong sangkap (tulad ng yodo).

katangian

Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Anong mga katangian ang dapat magkaroon ng isang molekula upang makisalamuha ang paggamit ng mga puwersa sa London? Ang sagot ay maaaring gawin ito ng sinuman, ngunit kapag mayroong isang permanenteng dipole moment, ang mga pakikipag-ugnay sa dipole-dipole ay namumuno higit sa mga nakakalat, na nag-aambag ng kaunti sa pisikal na likas na katangian ng mga sangkap.

Sa mga istruktura kung saan walang mga mataas na electronegative atoms o na ang pamamahagi ng electrostatic na singil ay homogenous, walang matinding o rehiyon na maaaring maituring na mayaman (δ-) o mahirap (δ +) sa mga electron.

Sa mga kasong ito, ang iba pang mga uri ng puwersa ay dapat mamagitan o kung hindi man sinabi na ang mga compound ay maaari lamang umiiral sa gas phase, anuman ang presyon o mga kondisyon ng temperatura na nagpapatakbo sa kanila.

Pamamahagi ng homogenous load

Ang dalawang nakahiwalay na mga atomo, tulad ng neon o argon, ay may isang homogenous na pamamahagi ng singil. Ito ay makikita sa A, tuktok na imahe. Ang mga puting bilog sa gitna ay kumakatawan sa nuclei, para sa mga atomo, o ang molekular na balangkas, para sa mga molekula. Ang pamamahagi ng singil na ito ay maaaring isaalang-alang bilang isang ulap ng mga berdeng elektron.

Bakit sumunod ang mga marangal na gas sa homogenous na ito? Dahil mayroon silang isang ganap na buong elektronikong shell, kaya ang kanilang mga electron ay dapat teoretikal na maramdaman ang kaakit-akit na singil ng nucleus nang pantay sa lahat ng mga orbit.

Sa kabilang banda, para sa iba pang mga gas, tulad ng atomic oxygen (O), ang layer nito ay hindi kumpleto (na sinusunod sa elektronikong pagsasaayos nito) at pinipilit itong pormulahin ang diatomic molecule O ₂ upang mabayaran ang kakulangan na ito.

Ang mga berdeng bilog sa A ay maaari ding mga molekula, maliit o malaki. Ang mga electron cloud cloud nito sa paligid ng lahat ng mga atom na bumubuo nito, lalo na ang mga pinaka electronegative. Sa paligid ng mga atom na ito ang ulap ay magiging mas puro at negatibo, habang ang iba pang mga atomo ay magkakaroon ng kakulangan sa elektronik.

Gayunpaman, ang ulap na ito ay hindi static ngunit pabago-bago, kaya sa ilang sandali ay mabubuo ang mga rehiyon ng δ- at δ +, at isang kababalaghan na tinatawag na polarization ay magaganap.

Polarizability

Sa Isang berdeng kulay na ulap ay nagpapahiwatig ng isang homogenous na pamamahagi ng negatibong singil. Gayunpaman, ang positibong kaakit-akit na puwersa na naidulot ng nucleus ay maaaring mag-oscillate sa mga electron. Ito ay nagiging sanhi ng isang pagpapapangit ng ulap kaya lumilikha ng mga rehiyon ,-, asul, at δ +, dilaw.

Ang biglaang dipole moment na ito sa atom o molekula ay maaaring mag-distort ng isang katabing ulap ng elektron; sa madaling salita, nagpapahiwatig ito ng isang biglaang dipole sa kapitbahay nito (B, tuktok na imahe).

Ito ay dahil sa ang katunayan na ang δ-rehiyon ay nakakagambala sa kalapit na ulap, ang mga electron ay nakakaramdam ng pagtapon ng electrostatic at nakatuon sa kabaligtaran na poste, na lumilitaw δ +.

Tandaan kung paano nakahanay ang mga positibong poste sa mga negatibo, tulad ng ginagawa ng mga molekula na may permanenteng dipole moment. Ang mas matingkad na ulap ng elektron, mas mahirap ang nucleus ay panatilihin itong homogenous sa espasyo; at bilang karagdagan, mas malaki ang pagpapapangit nito, tulad ng makikita sa C.

Samakatuwid, ang mga atom at maliit na molekula ay mas malamang na ma-polarize ng anumang butil sa kanilang kapaligiran. Ang isang halimbawa para sa sitwasyong ito ay isinalarawan ng maliit na molekula ng hydrogen, H ₂ .

Upang mapagaan ito, o kahit na higit na maging crystallize, kailangan nito ng labis na panggigipit upang pilitin ang mga molekula na pisikal na makihalubilo.

Ito ay kabaligtaran proporsyonal sa distansya

Kahit na ang mga instant na dipoles ay nabuo na humikayat sa iba sa kanilang paligid, hindi sila sapat upang hawakan ang mga atoms o mga molekula.

Sa B mayroong isang distansya d na naghihiwalay sa dalawang ulap at kanilang dalawang nuclei. Upang ang parehong mga dipoles ay maaaring manatili para sa isang isinasaalang-alang na oras, ang distansya na ito d ay dapat na napakaliit.

Ang kondisyong ito, isang mahalagang katangian ng mga puwersa ng London (tandaan ang pagsasara ng Velcro), ay dapat na matupad upang magkaroon ito ng isang kapansin-pansin na epekto sa mga pisikal na katangian ng bagay.

Kapag ang maliit ay maliit, ang nucleus sa kaliwa sa B ay magsisimulang akitin ang asul na rehiyon ng kalapit na atom o molekula. Ito ay magpapahiwatig pa ng ulap, tulad ng nakikita sa C (ang core ay wala na sa gitna ngunit sa kanan). Pagkatapos, mayroong isang punto kung saan ang parehong mga ulap ay hawakan at "bounce", ngunit sapat na mabagal upang hawakan ang mga ito nang matagal.

Samakatuwid, ang puwersa ng London ay pabalik-balik na proporsyonal sa distansya d. Sa katunayan, ang kadahilanan ay pantay-pantay sa d ⁷ , kaya ang isang bahagyang pagkakaiba-iba sa distansya sa pagitan ng dalawang mga atom o molekula ay magpahina o magpapatibay sa pagkalat ng London.

Ito ay direktang proporsyonal sa masa ng molekular

Paano madaragdagan ang sukat ng mga ulap upang mas madaling makulit ang mga ito? Ang pagdaragdag ng mga electron, at para sa nucleus ay dapat magkaroon ng higit pang mga proton at neutron, kaya pinatataas ang atomic mass; o, ang pagdaragdag ng mga atomo sa gulugod ng molekula, na siya namang magpapataas ng molekular na masa

Sa ganitong paraan, ang nuclei o ang molekular na balangkas ay mas malamang na panatilihin ang uniporme ng ulap ng elektron sa lahat ng oras. Samakatuwid, ang mas malaki ang mga berdeng bilog na isinasaalang-alang sa A, B at C, mas polarizable sila at magiging mas malaki ang kanilang pakikihalubilo ng mga puwersa sa London.

Ang epektong ito ay malinaw na sinusunod sa pagitan ng B at C, at maaaring maging higit pa kung ang mga bilog ay mas malaki ang lapad. Ang pangangatwiran na ito ay susi sa pagpapaliwanag ng mga pisikal na katangian ng maraming mga compound batay sa kanilang molekular na masa.

Mga halimbawa ng puwersa ng London

Pinagmulan: Pxhere

Sa kalikasan

Sa pang-araw-araw na buhay may mga hindi mabilang na halimbawa ng mga pwersa ng pagkakalat ng London nang hindi nangangailangan ng pakikipagsapalaran sa mikroskopikong mundo sa unang lugar.

Ang isa sa mga pinaka-karaniwang at nakakagulat na mga halimbawa ay matatagpuan sa mga binti ng mga reptilya na kilala bilang mga geckos (tuktok na imahe) at sa maraming mga insekto (din sa Spiderman).

Sa kanilang mga binti mayroon silang mga pad mula sa kung saan libu-libong mga maliliit na filament protrude. Sa imahe maaari mong makita ang isang tuko na nakakuha sa slope ng isang bato. Upang makamit ito, ginagamit nito ang mga intermolecular na puwersa sa pagitan ng bato at ng mga filament ng mga binti nito.

Ang bawat isa sa mga filament na ito ay nakikipag-ugnay nang mahina sa ibabaw kung saan umaakyat ang maliit na reptile, ngunit dahil mayroong libu-libo sa kanila, nagsasagawa sila ng isang puwersa na proporsyonal sa lugar ng kanilang mga binti, sapat na malakas upang manatiling nakakabit at maaaring umakyat. Ang mga geckos ay may kakayahang umakyat din ng maayos at perpektong ibabaw tulad ng salamin.

Alkanes

Ang mga alkalina ay saturated hydrocarbons na nakikipag-ugnay din sa mga puwersa ng London. Ang kanilang mga molekular na istraktura ay binubuo lamang ng mga carbon at hydrogens na sinamahan ng solong mga bono. Dahil ang pagkakaiba sa electronegativities pagitan ng C at H ay napakaliit, ang mga ito apolar compounds.

Kaya, ang mitein, CH ₄ , ang pinakamaliit na hydrocarbon ng lahat, kumukulo sa -161.7ºC. Tulad ng C at H ay idinagdag sa balangkas, ang iba pang mga alkanes na may mas mataas na molekular na masa ay nakuha.

Sa ganitong paraan, bumangon ang ethane (-88.6ºC), butane (-0.5ºC) at octane (125.7ºC). Pansinin kung paano tumaas ang kanilang mga punto ng kumukulo habang lumalala ang mga alkana

Ito ay dahil ang kanilang mga elektronikong ulap ay mas polarizable at ang kanilang mga istraktura ay may isang mas malawak na lugar sa ibabaw na pinatataas ang contact sa pagitan ng kanilang mga molekula.

Ang Octane, bagaman isang apolar compound, ay may mas mataas na punto ng kumukulo kaysa sa tubig.

Halogens at gas

Ang mga puwersa ng London ay naroroon din sa maraming mga sangkap na gas. Halimbawa, ang mga molekula ng N ₂ , H ₂ , CO ₂ , F ₂ , Cl ₂ at lahat ng mga mahuhusay na gas, ay nakikipag-ugnay sa pamamagitan ng mga puwersang ito, dahil ipinakilala nila ang homogenous na electrostatic distribution, na maaaring sumailalim sa mga instant na dipoles at humantong sa mga polarizations.

Ang mga marangal na gas ay Siya (helium), Ne (neon), Ar (argon), Kr (krypton), Xe (xenon), at Rn (radon). Mula sa kaliwa hanggang kanan ang kanilang mga punto ng kumukulo na pagtaas ng pagtaas ng mga atomic na masa: -269, -246, -186, -152, -108, at -62 ºC.

Nakikipag-ugnay din ang mga Halogens sa pamamagitan ng mga puwersang ito. Ang fluorine ay isang gas sa temperatura ng silid tulad ng murang luntian. Ang bromine, na may isang mas mataas na atomic mass, ay matatagpuan sa ilalim ng normal na mga kondisyon bilang isang mapula-pula na likido, at yodo, sa wakas, ay bumubuo ng isang lilang solidong bumabagal nang mabilis dahil mas mabigat ito kaysa sa iba pang mga halogens.

Mga Sanggunian

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemistry. (Ika-8 ed.). CENGAGE Pag-aaral, p 452-455.
2. Angeles Mendez. (Mayo 22, 2012). Mga pwersa ng pagpapakalat (mula sa London). Nabawi mula sa: quimica.laguia2000.com
3. Lakas ng Dispersion ng London. Nabawi mula sa: chem.purdue.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Hunyo 22, 2018). 3 Mga Uri ng Intermolecular Forces. Nabawi mula sa: thoughtco.com
5. Ryan Ilagan & Gary L Bertrand. Pakikipag-ugnay sa London. Kinuha mula sa: chem.libretexts.org
6. ChemPages Netorials. Lakas ng London. Nabawi mula sa: chem.wisc.edu
7. Kamereon. (Mayo 22, 2013). Geckos: Ang tuko at ang puwersa ng Van der waals. Nabawi mula sa: almabiologica.com