Die Londoner Dispersionskräfte, benannt nach dem deutsch-amerikanischen Physiker Fritz London, sind eine der drei intermolekularen Van-der-Waals-Kräfte, die Moleküle zusammenhalten. Sie sind die schwächsten der intermolekularen Kräfte, werden aber stärker, wenn die Atome an der Quelle der Kräfte an Größe zunehmen. Während die anderen Van-der-Waals-Kräfte von der elektrostatischen Anziehung polar geladener Moleküle abhängen, sind die Londoner Dispersionskräfte sogar in Materialien aus neutralen Molekülen vorhanden.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Londoner Dispersionskräfte sind intermolekulare Anziehungskräfte, die Moleküle zusammenhalten. Sie sind eine von drei Van-der-Waals-Kräften, aber die einzige Kraft, die in Materialien vorhanden ist, die keine polaren Dipolmoleküle haben. Sie sind die schwächsten zwischenmolekularen Kräfte, werden aber mit der Größe der Atome in a. stärker Molekül nimmt zu und sie spielen eine Rolle bei den physikalischen Eigenschaften von Materialien mit schweren Atome.
Van-der-Waals-Streitkräfte
Die drei intermolekularen Kräfte, die erstmals vom niederländischen Physiker Johannes Diderik Van der Waals beschrieben wurden, sind Dipol-Dipol-Kräfte, Dipol-induzierte Dipolkräfte und Londoner Dispersionskräfte. Dipol-Dipol-Kräfte, an denen ein Wasserstoffatom im Molekül beteiligt ist, sind außergewöhnlich stark, und die resultierenden Bindungen werden Wasserstoffbrücken genannt. Van-der-Waals-Kräfte tragen dazu bei, Materialien ihre physikalischen Eigenschaften zu verleihen, indem sie beeinflussen, wie Moleküle eines Materials interagieren und wie stark sie zusammengehalten werden.
Intermolekulare Bindungen mit Dipolkräften basieren alle auf elektrostatischer Anziehung zwischen geladenen Molekülen. Dipolmoleküle haben an entgegengesetzten Enden des Moleküls eine positive und eine negative Ladung. Das positive Ende eines Moleküls kann das negative Ende eines anderen Moleküls anziehen, um eine Dipol-Dipol-Bindung zu bilden.
Wenn neben Dipolmolekülen auch neutrale Moleküle im Material vorhanden sind, induzieren die Ladungen der Dipolmoleküle eine Ladung in den neutralen Molekülen. Nähert sich beispielsweise das negativ geladene Ende eines Dipolmoleküls einem neutralen Molekül, die negative Ladung stößt die Elektronen ab und zwingt sie, sich auf der anderen Seite des Neutralleiters zu sammeln Molekül. Dadurch wird die dem Dipol nahe Seite des neutralen Moleküls positiv geladen und vom Dipol angezogen. Die resultierenden Bindungen werden als dipolinduzierte Dipolbindungen bezeichnet.
Londoner Dispersionskräfte erfordern nicht, dass ein polares Dipolmolekül vorhanden ist und in allen Materialien wirkt, aber sie sind normalerweise äußerst schwach. Die Kraft ist bei größeren und schwereren Atomen mit vielen Elektronen stärker als bei kleinen Atomen und kann zu den physikalischen Eigenschaften des Materials beitragen.
Details zur Londoner Dispersionskraft
Die Londoner Dispersionskraft wird als schwache Anziehungskraft aufgrund der vorübergehenden Bildung von Dipolen in zwei benachbarten neutralen Molekülen definiert. Die resultierenden intermolekularen Bindungen sind ebenfalls temporär, aber sie bilden und verschwinden kontinuierlich, was zu einem Gesamtbindungseffekt führt.
Die temporären Dipole entstehen, wenn sich die Elektronen eines neutralen Moleküls zufällig auf einer Seite des Moleküls sammeln. Das Molekül ist nun ein temporärer Dipol und kann entweder einen weiteren temporären Dipol in einem benachbarten Molekül induzieren oder von einem anderen Molekül angezogen werden, das selbst einen temporären Dipol gebildet hat.
Bei großen Molekülen mit vielen Elektronen steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Elektronen eine ungleichmäßige Verteilung bilden. Die Elektronen sind weiter vom Kern entfernt und werden lose gehalten. Sie sammeln sich eher vorübergehend auf einer Seite des Moleküls, und wenn sich ein vorübergehender Dipol bildet, bilden die Elektronen benachbarter Moleküle eher einen induzierten Dipol.
Bei Materialien mit Dipolmolekülen dominieren die anderen Van-der-Waals-Kräfte, aber bei Materialien aus vollständig aus neutralen Molekülen aufgebaut sind, sind die Londoner Dispersionskräfte die einzigen aktiven intermolekularen Kräfte. Beispiele für Materialien aus neutralen Molekülen sind Edelgase wie Neon, Argon und Xenon. Londoner Dispersionskräfte sind dafür verantwortlich, dass die Gase zu Flüssigkeiten kondensieren, da keine anderen Kräfte die Gasmoleküle zusammenhalten. Die leichtesten Edelgase wie Helium und Neon haben extrem niedrige Siedepunkte, weil die Londoner Dispersionskräfte schwach sind. Große, schwere Atome wie Xenon haben einen höheren Siedepunkt, weil die Londoner Dispersionskräfte sind stärker für große Atome, und sie ziehen die Atome zusammen, um eine Flüssigkeit bei einem höheren zu bilden Temperatur. Obwohl sie normalerweise vergleichsweise schwach sind, können die Londoner Dispersionskräfte das physikalische Verhalten solcher Materialien beeinflussen.