LONDRA KUVVETLERI: ÖZELLIKLER VE ÖRNEKLER - KIMYA - 2024

London kuvvetleri , Londra dispersiyon kuvvetleri ya da neden olduğu dipol-dipol etkileşimleri, moleküller arası etkileşimlerin zayıf tipidir. İsmi fizikçi Fritz London'ın katkılarından ve kuantum fiziği alanındaki çalışmalarından kaynaklanmaktadır.

Londra güçleri, yapıları ve atomları onun kalıcı bir dipol oluşturmasını imkansız kılan moleküllerin nasıl etkileşime girdiğini açıklar; yani, temelde apolar moleküller veya soy gazların izole edilmiş atomları için geçerlidir. Diğer Van der Waals kuvvetlerinin aksine, bu çok kısa mesafeler gerektirir.

Kaynak: Flickr aracılığıyla Hadley Paul Garland

Velcro kapatma sisteminin çalışmasında Londra kuvvetlerinin iyi bir fiziksel benzetmesi bulunabilir (yukarıdaki resim). İşlemeli kumaşın bir tarafına kancalarla, diğer tarafına liflerle bastırılarak kumaşların alanı ile orantılı çekici bir kuvvet oluşturulur.

Her iki yüz de kapatıldıktan sonra, etkileşimlerini (parmaklarımız tarafından yapılan) ayırmak için bir kuvvet uygulanmalıdır. Aynısı moleküller için de geçerlidir: ne kadar hacimli veya düz olurlarsa, çok kısa mesafelerde moleküller arası etkileşimleri o kadar büyük olur.

Ancak bu molekülleri, etkileşimlerinin farkedilebilmesi için yeterince yaklaştırmak her zaman mümkün değildir.

Böyle olduğunda, çok düşük sıcaklıklara veya çok yüksek basınçlara ihtiyaç duyarlar; bu haliyle gazlar söz konusudur. Benzer şekilde, bu tür etkileşimler sıvı maddelerde (n-hekzan gibi) ve katı maddelerde (iyot gibi) bulunabilir.

karakteristikleri

Kaynak: Gabriel Bolívar

Bir molekülün Londra kuvvetlerini kullanarak etkileşime girmesi için hangi özelliklere sahip olması gerekir? Cevap, herkesin bunu yapabileceğidir, ancak kalıcı bir dipol momenti olduğunda, dipol-dipol etkileşimleri saçılanlardan daha baskındır ve maddelerin fiziksel doğasına çok az katkıda bulunur.

Yüksek düzeyde elektronegatif atomların olmadığı veya elektrostatik yük dağılımının homojen olduğu yapılarda, elektronlarda zengin (δ-) veya zayıf (δ +) olarak kabul edilebilecek uç veya bölge yoktur.

Bu durumlarda, diğer türden kuvvetler müdahale etmelidir, aksi takdirde bu bileşikler, üzerlerinde çalışan basınç veya sıcaklık koşullarından bağımsız olarak yalnızca gaz fazında mevcut olabilir.

Homojen yük dağılımı

Neon veya argon gibi iki izole atom, homojen bir yük dağılımına sahiptir. Bu, üstteki resimde A görülebilir. Merkezdeki beyaz daireler atomlar için çekirdekleri veya moleküller için moleküler iskeleti temsil eder. Bu yük dağılımı bir yeşil elektron bulutu olarak düşünülebilir.

Soy gazlar neden bu homojenliğe uyuyor? Tamamen tam bir elektronik kabuğa sahip oldukları için, elektronları teorik olarak çekirdeğin çekici yükünü tüm yörüngelerde eşit olarak hissetmelidir.

Öte yandan, atomik oksijen (O) gibi diğer gazlar için, tabakası eksiktir (elektronik konfigürasyonunda gözlenir) ve bu eksikliği telafi etmek için diatomik molekül O _2'yi oluşturmaya zorlar .

A'daki yeşil daireler, küçük veya büyük moleküller de olabilir. Elektron bulutu, onu oluşturan tüm atomların, özellikle de en elektronegatif olanların etrafında dönüyor. Bu atomların etrafında bulut daha yoğun ve negatif hale gelirken, diğer atomların elektronik eksikliği olacaktır.

Bununla birlikte, bu bulut statik değil dinamiktir, bu nedenle bir noktada kısa δ- ve δ + bölgeleri oluşacak ve polarizasyon denen bir fenomen meydana gelecektir.

Polarlanabilirliğin

A'da yeşil renkli bulut, negatif yükün homojen dağılımını gösterir. Bununla birlikte, çekirdeğin uyguladığı pozitif çekici kuvvet elektronlar üzerinde salınım yapabilir. Bu, bulutun deformasyonuna neden olarak mavi renkte δ- ve sarı renkte δ + bölgeleri oluşturur.

Atom veya moleküldeki bu ani dipol moment, bitişik bir elektron bulutunu bozabilir; başka bir deyişle, komşusunda ani bir dipol oluşturur (B, üstteki resim).

Bunun nedeni, δ bölgesinin komşu bulutu rahatsız etmesi, elektronlarının elektrostatik itme hissetmesi ve δ + gibi görünen zıt kutba yönelmesidir.

Kalıcı dipol momentli moleküllerin yaptığı gibi, pozitif kutupların negatif olanlarla nasıl hizalandığına dikkat edin. Elektron bulutu ne kadar hacimli olursa, çekirdek onu uzayda homojen tutması o kadar zor olur; ve ek olarak, C'de görülebileceği gibi, deformasyonu da o kadar büyüktür.

Bu nedenle, atomların ve küçük moleküllerin çevrelerindeki herhangi bir parçacık tarafından polarize olma olasılığı daha düşüktür. Bu duruma bir örnek, küçük hidrojen molekülü H _{2 ile gösterilmektedir} .

Yoğunlaşması veya daha da fazla kristalleşmesi için, moleküllerini fiziksel olarak etkileşime girmeye zorlamak için aşırı basınçlara ihtiyaç duyar.

Mesafe ile ters orantılıdır

Çevrelerinde başkalarını indükleyen anlık dipoller oluşsa da, atomları veya molekülleri bir arada tutmaya yetmiyorlar.

B'de iki bulutu ve iki çekirdeğini ayıran bir d mesafesi vardır. Her iki dipolün de belirli bir süre kalabilmesi için, bu mesafe d çok küçük olmalıdır.

Londra kuvvetlerinin temel bir özelliği olan bu koşul (Velcro kapanmasını hatırlayın), maddenin fiziksel özellikleri üzerinde fark edilebilir bir etkiye sahip olması için yerine getirilmelidir.

D küçük olduğunda, B'nin solundaki çekirdek, komşu atom veya molekülün mavi δ bölgesini çekmeye başlayacaktır. Bu, C'de görüldüğü gibi bulutu daha da deforme edecektir (çekirdek artık merkezde değil sağdadır). Sonra, her iki bulutun da temas ettiği ve "zıpladığı", ancak onları bir süre bir arada tutacak kadar yavaş olduğu bir nokta gelir.

Bu nedenle, Londra kuvvetleri d mesafesi ile ters orantılıdır. Aslında, faktör D eşittir ⁷ iki atom ya da moleküller arasında mesafe hafif bir değişiklik zayıflatmak veya Londra saçılması güçlendirecek, böylece.

Moleküler kütle ile doğru orantılıdır

Daha kolay kutuplaşmaları için bulutların boyutu nasıl artırılır? Elektron eklemek ve bunun için çekirdeğin daha fazla proton ve nötron içermesi gerekir, böylece atomik kütle artar; veya molekülün omurgasına atomlar eklemek, bu da moleküler kütlesini arttırır.

Bu şekilde, çekirdeklerin veya moleküler iskeletin elektron bulutunu her zaman tekdüze tutma olasılığı daha düşük olacaktır. Bu nedenle, A, B ve C'de ele alınan yeşil daireler ne kadar büyükse, o kadar kutuplaşabilir ve Londra kuvvetleri tarafından etkileşimleri de o kadar büyük olacaktır.

Bu etki, B ve C arasında açıkça gözlemlenir ve dairelerin çapı daha büyük olsaydı daha da fazla olabilirdi. Bu mantık, birçok bileşiğin fiziksel özelliklerini moleküler kütlelerine göre açıklamanın anahtarıdır.

Londra kuvvetlerinin örnekleri

Kaynak: Pxhere

Doğada

Günlük yaşamda, ilk etapta mikroskobik dünyaya girmeye gerek kalmadan Londra'nın dağılma kuvvetlerinin sayısız örneği vardır.

En yaygın ve şaşırtıcı örneklerden biri, kertenkeleler (üstteki resim) olarak bilinen sürüngenlerin bacaklarında ve birçok böcekte (ayrıca Örümcek Adam'da) bulunur.

Bacaklarında, binlerce küçük ipliğin çıktığı pedler vardır. Resimde bir kayanın yamacında poz veren bir kertenkele görebilirsiniz. Bunu başarmak için, kaya ile bacaklarının lifleri arasındaki moleküller arası kuvvetlerden yararlanır.

Bu iplikçiklerin her biri, küçük sürüngenin tırmandığı yüzeyle zayıf bir şekilde etkileşime girer, ancak bunlardan binlercesi olduğu için, bacaklarının alanıyla orantılı, bağlı kalabilecekleri ve tırmanabilecekleri kadar güçlü bir kuvvet uygularlar. Kertenkeleler ayrıca cam gibi pürüzsüz ve mükemmel yüzeylere tırmanabilir.

Alkanlar

Alkanlar, Londra kuvvetleri tarafından da etkileşime giren doymuş hidrokarbonlardır. Moleküler yapıları basitçe tek bağlarla birleştirilmiş karbon ve hidrojenlerden oluşur. C ve H arasındaki elektronegatifliklerdeki fark çok küçük olduğu için bunlar apolar bileşiklerdir.

Böylece metan, en küçük hidrokarbon olan CH ₄ -161,7ºC'de kaynar. İskelete C ve H eklendiğinde, daha yüksek moleküler kütleli diğer alkanlar elde edilir.

Bu şekilde etan (-88.6ºC), bütan (-0.5ºC) ve oktan (125.7ºC) ortaya çıkar. Alkanlar ağırlaştıkça kaynama noktalarının nasıl arttığına dikkat edin.

Bunun nedeni, elektronik bulutlarının daha polarize edilebilir olması ve yapılarının, molekülleri arasındaki teması artıran daha büyük bir yüzey alanına sahip olmasıdır.

Oktan, apolar bir bileşik olmasına rağmen, sudan daha yüksek bir kaynama noktasına sahiptir.

Halojenler ve gazlar

Londra kuvvetleri de birçok gaz halindeki maddede mevcuttur. Örneğin, N ₂ , H ₂ , CO ₂ , F ₂ , Cl ₂ molekülleri ve tüm soy gazlar bu kuvvetler aracılığıyla etkileşime girerler, çünkü homojen elektrostatik dağılım gösterirler, bu da anlık dipollere uğrayabilir ve polarizasyonlara yol açabilir.

Soy gazlar He (helyum), Ne (neon), Ar (argon), Kr (kripton), Xe (ksenon) ve Rn (radon) 'dur. Soldan sağa kaynama noktaları artan atom kütleleri ile artar: -269, -246, -186, -152, -108 ve -62 ºC.

Halojenler de bu kuvvetler aracılığıyla etkileşime girer. Flor, tıpkı klor gibi oda sıcaklığında bir gazdır. Daha yüksek atomik kütleye sahip olan brom, normal koşullar altında kırmızımsı bir sıvı olarak bulunur ve son olarak iyot, diğer halojenlerden daha ağır olduğu için hızla süblimleşen mor bir katı oluşturur.

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. baskı). CENGAGE Learning, s 452-455.
2. Angeles Mendez. (22 Mayıs 2012). Dağılım kuvvetleri (Londra'dan). Quimica.laguia2000.com adresinden kurtarıldı
3. Londra Dağılım Kuvvetleri. Kurtarıldı: chem.purdue.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Haziran 2018). 3 Moleküller Arası Kuvvet Türleri. Kurtarıldı: thinkco.com
5. Ryan Ilagan ve Gary L Bertrand. Londra Dağılım Etkileşimleri. Alındığı kaynak: chem.libretexts.org
6. ChemPages Netorials. Londra Kuvvetleri. Kurtarıldı: chem.wisc.edu
7. Kamereon. (22 Mayıs 2013). Kertenkeleler: Kertenkele ve Van der Waals'ın kuvvetleri. Alındı: almabiologica.com