מהם כוחות פיזור לונדוניים?

כוחות הפיזור הלונדוניים, על שם הפיזיקאי הגרמני-אמריקאי פריץ לונדון, הם אחד משלושת הכוחות הבין-מולקולריים של ואן דר וואלס המחזיקים מולקולות יחד. הם החלשים ביותר בין הכוחות הבין-מולקולריים אך מתחזקים ככל שהאטומים במקור הכוחות גדלים. בעוד שאר כוחות הוואן דר וואלס תלויים במשיכה אלקטרוסטטית הכוללת מולקולות טעונות קוטביות, כוחות הפיזור הלונדוניים נמצאים אפילו בחומרים המורכבים ממולקולות ניטרליות.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

כוחות הפיזור הלונדוניים הם כוחות משיכה בין-מולקולריים המחזיקים מולקולות. הם אחד משלושת כוחות הוואן דר וואלס אך הם הכוח היחיד הקיים בחומרים שאין להם מולקולות דיפול קוטביות. הם החלשים ביותר בין הכוחות הבין-מולקולריים אך מתחזקים ככל שגודל האטומים ב מולקולה עולה, והם ממלאים תפקיד במאפיינים הפיזיים של חומרים בעלי כבדות אטומים.

שלושת הכוחות הבין-מולקולריים שתוארו לראשונה על ידי הפיזיקאי ההולנדי יוהנס דידריק ואן דר וואלס הם כוחות דיפול-דיפול, כוחות דיפול המושרים על ידי דיפול וכוחות פיזור לונדוניים. כוחות דיפול-דיפול הכוללים אטום מימן במולקולה חזקים במיוחד, והקשרים הנובעים מכונים קשרי מימן. כוחות ואן דר ואלס עוזרים לתת לחומרים את המאפיינים הפיזיים שלהם על ידי השפעה על האופן בו מולקולות של חומר מתקשרות וכמה חזק הן מוחזקות יחד.

קשרים בין מולקולריים הכוללים כוחות דיפול מבוססים כולם על משיכה אלקטרוסטטית בין מולקולות טעונות. למולקולות דיפול יש מטען חיובי ושלילי בקצוות מנוגדים של המולקולה. הקצה החיובי של מולקולה אחת יכול למשוך את הקצה השלילי של מולקולה אחרת כדי ליצור קשר דיפול-דיפול.

כאשר קיימות בחומר מולקולות ניטרליות בנוסף למולקולות דיפול, המטענים של מולקולות הדיפול גורמים למטען במולקולות הניטרליות. לדוגמא, אם הקצה הטעון שלילית של מולקולת דיפול מתקרב למולקולה ניטרלית, המטען השלילי דוחה את האלקטרונים, ומכריח אותם להתאסף בצד הרחוק של הנייטרלי מולקולה. כתוצאה מכך, הצד של המולקולה הנייטרלית הקרובה לדיפול מפתח מטען חיובי ונמשך לדיפול. הקשרים שנוצרים נקראים קשרים דיפול המושרה על ידי דיפול.

כוחות הפיזור הלונדוניים אינם דורשים מולקולת דיפול קוטבית להיות נוכחת ולפעול בכל החומרים, אך הם בדרך כלל חלשים ביותר. הכוח חזק יותר לאטומים גדולים וכבדים יותר עם אלקטרונים רבים מאשר לאטומים קטנים, והוא יכול לתרום למאפיינים הפיזיים של החומר.

כוח הפיזור הלונדוני מוגדר ככוח משיכה חלש עקב היווצרות זמנית של דיפולות בשתי מולקולות ניטרליות סמוכות. הקשרים הבין-מולקולריים שנוצרו הם גם זמניים, אך הם נוצרים ונעלמים ברציפות, וכתוצאה מכך השפעת מליטה כוללת.

הדיפולות הזמניות נוצרות כאשר האלקטרונים של מולקולה ניטרלית במקרה מתקבצים בצד אחד של המולקולה. המולקולה היא כעת דיפול זמני והיא יכולה לגרום לדיפול זמני נוסף במולקולה סמוכה או להימשך למולקולה אחרת שיצרה דיפול זמני בפני עצמה.

כאשר מולקולות גדולות עם הרבה אלקטרונים, הסבירות שהאלקטרונים יוצרים התפלגות לא אחידה עולה. האלקטרונים רחוקים יותר מהגרעין והם מוחזקים ברפיון. הם נוטים יותר להתאסף בצד אחד של המולקולה באופן זמני, וכאשר נוצר דיפול זמני, האלקטרונים של מולקולות סמוכות נוטים יותר ליצור דיפול מושרה.

בחומרים עם מולקולות דיפול, הכוחות האחרים של ואן דר וואלס שולטים, אך על חומרים המיוצרים מעל למולקולות ניטרליות לחלוטין, כוחות הפיזור הלונדוניים הם הבין מולקולריים הפעילים היחידים כוחות. דוגמאות לחומרים המורכבים ממולקולות ניטרליות כוללות את הגזים האצילים כמו ניאון, ארגון וקסנון. כוחות הפיזור הלונדוניים אחראים לגזים המתעבים לנוזלים מכיוון שאף כוחות אחרים אינם מחזיקים את מולקולות הגז. לגזים האצילים הקלים ביותר, כמו הליום וניאון, יש נקודות רתיחה נמוכות במיוחד מכיוון שכוחות הפיזור הלונדוניים חלשים. אטומים גדולים וכבדים כמו קסנון הם בעלי נקודת רתיחה גבוהה יותר מכיוון שהכוחות המפוזרים בלונדון הם חזקים יותר עבור אטומים גדולים, והם מושכים את האטומים יחד כדי ליצור נוזל במעלה טֶמפֶּרָטוּרָה. אף על פי שבדרך כלל חלשים יחסית, כוחות הפיזור הלונדוניים יכולים לחולל שינוי בהתנהגותם הפיזית של חומרים כאלה.