KEKUATAN LONDON: CIRI DAN CONTOH - KIMIA - 2025

The daya London , pasukan penyebaran London atau interaksi dipole teraruh-dipole, adalah jenis yang paling lemah interaksi antara molekul. Namanya disebabkan oleh sumbangan ahli fizik Fritz London dan kajiannya dalam bidang fizik kuantum.

Pasukan London menjelaskan bagaimana molekul berinteraksi dengan struktur dan atomnya yang mustahil baginya untuk membentuk dipol kekal; iaitu, asasnya berlaku untuk molekul apolar atau atom gas mulia yang terpencil. Tidak seperti pasukan Van der Waals yang lain, pasukan ini memerlukan jarak yang sangat pendek.

Sumber: Hadley Paul Garland melalui Flickr

Analogi fizikal pasukan London yang baik dapat dilihat dalam operasi sistem penutupan Velcro (gambar di atas). Dengan menekan salah satu sisi kain bersulam dengan cangkuk, dan yang lain dengan serat, kekuatan yang menarik akan dihasilkan yang sebanding dengan luas kain.

Setelah kedua-dua wajah ditutup, kekuatan mesti digunakan untuk mengatasi interaksi mereka (dibuat oleh jari kita) untuk memisahkannya. Perkara yang sama berlaku untuk molekul: semakin besar atau rata, semakin besar interaksi molekulnya pada jarak yang sangat pendek.

Walau bagaimanapun, molekul-molekul ini tidak selalu dapat dilakukan agar interaksi mereka dapat dilihat.

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

ciri

Sumber: Gabriel Bolívar

Ciri-ciri apa yang mesti dimiliki oleh molekul agar dapat berinteraksi menggunakan kekuatan London? Jawapannya adalah bahawa semua orang boleh melakukannya, tetapi apabila ada momen dipol yang tetap, interaksi dipol-dipol lebih banyak daripada yang menghamburkan, yang sangat sedikit menyumbang kepada sifat fizikal zat.

Dalam struktur di mana tidak ada atom yang sangat elektronegatif atau yang pengagihan cas elektrostatiknya homogen, tidak ada kawasan ekstrem atau wilayah yang dapat dianggap kaya (δ-) atau miskin (δ +) pada elektron.

Dalam kes ini, jenis daya lain mesti campur tangan atau sebaliknya sebatian ini hanya dapat wujud dalam fasa gas, tanpa mengira tekanan atau keadaan suhu yang beroperasi di atasnya.

Pembahagian beban homogen

Dua atom terpencil, seperti neon atau argon, mempunyai taburan cas homogen. Ini dapat dilihat pada gambar atas, A. Lingkaran putih di tengah mewakili inti, untuk atom, atau rangka molekul, untuk molekul. Taburan cas ini dapat dianggap sebagai awan elektron hijau.

Mengapa gas mulia mematuhi keseragaman ini? Oleh kerana mereka mempunyai cengkerang elektronik yang sepenuhnya penuh, oleh itu secara teorinya elektronnya dapat merasakan daya tarikan nukleus yang sama pada semua orbital.

Sebaliknya, untuk gas lain, seperti oksigen atom (O), lapisannya tidak lengkap (yang diperhatikan dalam konfigurasi elektroniknya) dan memaksanya untuk membentuk molekul diatomik O ₂ untuk mengimbangi kekurangan ini.

Lingkaran hijau di A juga boleh menjadi molekul, kecil atau besar. Awan elektronnya mengorbit seluruh atom yang membentuknya, terutamanya yang paling elektronegatif. Di sekitar atom-atom ini, awan akan menjadi lebih pekat dan negatif, sementara atom-atom lain akan mengalami kekurangan elektronik.

Akan tetapi, awan ini tidak statis tetapi dinamis, sehingga pada suatu saat wilayah δ- dan δ + akan terbentuk, dan fenomena yang disebut polarisasi akan berlaku.

Kebolehpolarisan

Di A awan berwarna hijau menunjukkan sebaran cas negatif yang homogen. Walau bagaimanapun, daya tarikan positif yang diberikan oleh nukleus dapat berayun pada elektron. Ini menyebabkan ubah bentuk awan sehingga mewujudkan kawasan δ-, biru, dan δ +, berwarna kuning.

Momen dipol secara tiba-tiba dalam atom atau molekul ini dapat memutarbelitkan awan elektron yang berdekatan; dengan kata lain, ia menyebabkan dipol secara tiba-tiba pada jirannya (B, gambar atas).

Ini disebabkan oleh fakta bahawa wilayah δ mengganggu awan tetangga, elektronnya merasakan tolakan elektrostatik dan berorientasi pada kutub yang berlawanan, muncul δ +.

Perhatikan bagaimana kutub positif sejajar dengan yang negatif, sama seperti molekul dengan momen dipol kekal. Semakin besar awan elektron, semakin sukar nukleus akan menjadikannya tetap homogen di angkasa; dan sebagai tambahan, semakin besar ubah bentuknya, seperti yang dapat dilihat pada C.

Oleh itu, atom dan molekul kecil cenderung tidak terpolarisasi oleh sebarang zarah di persekitarannya. Contoh keadaan ini digambarkan oleh molekul kecil hidrogen, H ₂ .

Agar ia mengembun, atau bahkan lebih mengkristal, ia memerlukan tekanan yang terlalu tinggi untuk memaksa molekulnya berinteraksi secara fizikal.

Ia berkadar songsang dengan jarak

Walaupun dipol seketika terbentuk yang mendorong orang lain di sekitarnya, mereka tidak cukup untuk menyatukan atom atau molekul.

Di B terdapat jarak d yang memisahkan dua awan dan dua inti mereka. Agar kedua dipol dapat bertahan untuk jangka waktu tertentu, jarak d ini mestilah sangat kecil.

Keadaan ini, ciri penting pasukan London (ingat penutupan Velcro), mesti dipenuhi agar ia mempunyai kesan yang nyata terhadap sifat fizikal jirim.

Setelah d kecil, nukleus di sebelah kiri di B akan mula menarik kawasan δ biru dari atom atau molekul yang berdekatan. Ini akan mengubah bentuk awan lebih jauh, seperti yang terlihat di C (intinya tidak lagi berada di tengah tetapi di sebelah kanan). Kemudian, muncul titik di mana kedua awan menyentuh dan "melantun", tetapi cukup perlahan untuk menahannya sebentar.

Oleh itu, pasukan London berbanding terbalik dengan jarak d. Sebenarnya, faktornya sama dengan d ⁷ , jadi sedikit perbezaan jarak antara dua atom atau molekul akan melemahkan atau menguatkan hamburan London.

Ia berkadar terus dengan jisim molekul

Bagaimana cara meningkatkan ukuran awan supaya mereka terpolarisasi dengan lebih mudah? Menambah elektron, dan untuk itu inti mesti mempunyai lebih banyak proton dan neutron, sehingga meningkatkan jisim atom; atau, menambahkan atom ke tulang belakang molekul, yang seterusnya akan meningkatkan jisim molekulnya

Dengan cara ini, nukleus atau rangka molekul cenderung untuk mengekalkan seragam awan elektron sepanjang masa. Oleh itu, semakin besar bulatan hijau yang dipertimbangkan dalam A, B dan C, semakin terpolarisasi mereka dan semakin besar juga interaksi mereka oleh pasukan London.

Kesan ini dapat dilihat dengan jelas antara B dan C, dan lebih mungkin lagi jika bulatannya berdiameter lebih besar. Penalaran ini adalah kunci untuk menjelaskan sifat fizikal sebatian berdasarkan jisim molekulnya.

Contoh pasukan London

Sumber: Pxhere

Secara semula jadi

Dalam kehidupan seharian ada banyak contoh kekuatan penyebaran London tanpa perlu meneroka dunia mikroskopik.

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

Di kaki mereka terdapat bantalan yang beribu-ribu filamen kecil menonjol. Dalam gambar itu anda dapat melihat seekor tokek berpose di lereng batu. Untuk mencapainya, ia menggunakan daya intermolekul antara batu dan filamen kakinya.

Setiap filamen ini berinteraksi dengan lemah dengan permukaan di mana reptilia kecil naik, tetapi kerana terdapat ribuan dari mereka, mereka menggunakan kekuatan yang sebanding dengan luas kakinya, cukup kuat sehingga mereka tetap melekat dan dapat memanjat. Tokek juga mampu memanjat permukaan yang halus dan sempurna seperti kaca.

Alkana

Alkana adalah hidrokarbon tepu yang juga berinteraksi oleh pasukan London. Struktur molekulnya hanya terdiri daripada karbon dan hidrogen yang disatukan oleh ikatan tunggal. Oleh kerana perbezaan elektronegativiti antara C dan H sangat kecil, mereka adalah sebatian apolar.

Oleh itu, metana, CH ₄ , hidrokarbon terkecil dari semua, mendidih pada suhu -161.7ºC. Semasa C dan H ditambahkan ke kerangka, alkana lain dengan jisim molekul yang lebih tinggi diperoleh.

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

Ini kerana awan elektronik mereka lebih terpolarisasi dan strukturnya mempunyai luas permukaan yang lebih besar yang meningkatkan hubungan antara molekul mereka.

Octane, walaupun sebatian apolar, mempunyai takat didih yang lebih tinggi daripada air.

Halogen dan gas

Pasukan London juga terdapat dalam banyak bahan gas. Sebagai contoh, molekul N ₂ , H ₂ , CO ₂ , F ₂ , Cl ₂ dan semua gas mulia, berinteraksi melalui daya-daya ini, kerana mereka menunjukkan pengedaran elektrostatik homogen, yang dapat mengalami dipol seketika dan menyebabkan polarisasi.

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

Halogen juga berinteraksi melalui daya ini. Fluor adalah gas pada suhu bilik seperti klorin. Bromin, dengan jisim atom yang lebih tinggi, dijumpai dalam keadaan normal sebagai cecair kemerahan, dan iodin, akhirnya, membentuk pepejal ungu yang menyebar dengan cepat kerana lebih berat daripada halogen lain.

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE, hlm 452-455.
2. Angeles Mendez. (22 Mei 2012). Pasukan penyebaran (dari London). Dipulihkan dari: quimica.laguia2000.com
3. Pasukan Penyebaran London. Dipulihkan dari: chem.purdue.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Jun 2018). 3 Jenis Angkatan Intermolekul. Dipulihkan dari: thinkco.com
5. Ryan Ilagan & Gary L Bertrand. Interaksi Penyebaran London. Diambil dari: chem.libretexts.org
6. Netorial ChemPages. Angkatan London. Dipulihkan dari: chem.wisc.edu
7. Kamereon. (22 Mei 2013). Tokek: Tokek dan kekuatan Van der waals. Dipulihkan dari: almabiologica.com