Co jsou London Dispersion Forces?

Londýnské disperzní síly, pojmenované podle německo-amerického fyzika Fritze Londýna, jsou jednou ze tří Van der Waalsových mezimolekulárních sil, které drží molekuly pohromadě. Jsou nejslabší z mezimolekulárních sil, ale zesilují se, jak se zvětšují atomy u zdroje sil. Zatímco ostatní Van der Waalsovy síly závisí na elektrostatické přitažlivosti zahrnující molekuly nabité polárním nábojem, londýnské disperzní síly jsou přítomny i v materiálech složených z neutrálních molekul.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Londýnské disperzní síly jsou mezimolekulární síly přitažlivosti, které drží molekuly pohromadě. Jsou jednou ze tří Van der Waalsových sil, ale jsou jedinou silou přítomnou v materiálech, které nemají molekuly polárního dipólu. Jsou nejslabší z mezimolekulárních sil, ale sílí s velikostí atomů v a molekula se zvyšuje a hrají roli ve fyzikálních vlastnostech materiálů s těžkými atomy.

Tři mezimolekulární síly, které poprvé popsal nizozemský fyzik Johannes Diderik Van der Waals, jsou dipól-dipólové síly, dipólem indukované dipólové síly a londýnské disperzní síly. Dipól-dipólové síly zahrnující atom vodíku v molekule jsou výjimečně silné a výsledné vazby se nazývají vodíkové vazby. Van der Waalsovy síly pomáhají dodávat materiálům jejich fyzikální vlastnosti ovlivňováním toho, jak molekuly materiálu interagují a jak silně jsou drženy pohromadě.

Intermolekulární vazby zahrnující dipólové síly jsou všechny založeny na elektrostatické přitažlivosti mezi nabitými molekulami. Dipólové molekuly mají kladný a záporný náboj na opačných koncích molekuly. Pozitivní konec jedné molekuly může přilákat negativní konec jiné molekuly a vytvořit tak dipól-dipólovou vazbu.

Pokud jsou v materiálu kromě dipólových molekul přítomny neutrální molekuly, náboje dipólových molekul indukují náboj v neutrálních molekulách. Pokud se například záporně nabitý konec molekuly dipólu přiblíží neutrální molekule, záporný náboj odpuzuje elektrony a nutí je, aby se shromažďovaly na vzdálené straně neutrálu molekula. Výsledkem je, že strana neutrální molekuly poblíž dipólu vyvíjí pozitivní náboj a je přitahována k dipólu. Výsledné vazby se nazývají dipólové vazby indukované dipóly.

Londýnské disperzní síly nevyžadují přítomnost a působení molekuly polárního dipólu ve všech materiálech, ale obvykle jsou mimořádně slabé. Síla je silnější pro větší a těžší atomy s mnoha elektrony než pro malé atomy a může přispět k fyzikálním charakteristikám materiálu.

Londýnská disperzní síla je definována jako slabá přitažlivá síla v důsledku dočasné tvorby dipólů ve dvou sousedních neutrálních molekulách. Výsledné mezimolekulární vazby jsou také dočasné, ale vytvářejí se a mizí nepřetržitě, což vede k celkovému účinku vazby.

Dočasné dipóly vznikají, když se elektrony neutrální molekuly náhodně shromáždí na jedné straně molekuly. Molekula je nyní dočasný dipól a může buď vyvolat další dočasný dipól v sousední molekule, nebo může být přitahována k jiné molekule, která sama vytvořila dočasný dipól.

Pokud jsou molekuly velké s mnoha elektrony, zvyšuje se pravděpodobnost, že elektrony vytvoří nerovnoměrné rozdělení. Elektrony jsou dále od jádra a jsou volně drženy. Je pravděpodobnější, že se dočasně shromáždí na jedné straně molekuly, a když se vytvoří dočasný dipól, elektrony sousedních molekul pravděpodobně vytvoří indukovaný dipól.

V materiálech s molekulami dipólu dominují ostatní Van der Waalsovy síly, ale u materiálů vyrobených zcela neutrálních molekul jsou londýnské disperzní síly jedinou aktivní mezimolekulární látkou síly. Mezi příklady materiálů tvořených neutrálními molekulami patří vzácné plyny, jako je neon, argon a xenon. Londýnské disperzní síly jsou odpovědné za kondenzaci plynů na kapaliny, protože žádné jiné síly nedrží molekuly plynu pohromadě. Nejlehčí vzácné plyny, jako je helium a neon, mají extrémně nízké teploty varu, protože londýnské disperzní síly jsou slabé. Velké, těžké atomy, jako je xenon, mají vyšší bod varu, protože londýnské disperzní síly jsou silnější pro velké atomy a táhnou atomy dohromady a tvoří kapalinu na vyšší teplota. I když jsou londýnské disperzní síly obvykle poměrně slabé, mohou ovlivnit fyzikální chování těchto materiálů.