Czym są londyńskie siły rozproszenia?

Londyńskie siły dyspersyjne, nazwane na cześć niemiecko-amerykańskiego fizyka Fritza Londona, są jednymi z trzech sił międzycząsteczkowych Van der Waalsa, które łączą cząsteczki. Są one najsłabszymi siłami międzycząsteczkowymi, ale wzmacniają się wraz ze wzrostem rozmiarów atomów będących źródłem sił. Podczas gdy inne siły Van der Waalsa zależą od przyciągania elektrostatycznego z udziałem cząsteczek naładowanych polarnie, siły dyspersyjne Londynu są obecne nawet w materiałach składających się z cząsteczek obojętnych.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Londyńskie siły dyspersyjne to międzycząsteczkowe siły przyciągania utrzymujące cząsteczki razem. Są one jedną z trzech sił Van der Waalsa, ale są jedyną siłą obecną w materiałach, które nie mają polarnych cząsteczek dipolowych. Są najsłabszymi siłami międzycząsteczkowymi, ale stają się silniejsze wraz z rozmiarem atomów w a zwiększa się cząsteczka i odgrywają one rolę w właściwościach fizycznych materiałów o ciężkich atomy.

Trzy siły międzycząsteczkowe opisane po raz pierwszy przez holenderskiego fizyka Johannesa Diderika Van der Waalsa to siły dipolowo-dipolowe, siły dipolowe indukowane dipolem i siły dyspersyjne Londona. Siły dipol-dipol angażujące atom wodoru w cząsteczce są wyjątkowo silne, a powstałe wiązania nazywane są wiązaniami wodorowymi. Siły Van der Waalsa pomagają nadać materiałom ich właściwości fizyczne, wpływając na to, jak cząsteczki materiału oddziałują i jak mocno są ze sobą połączone.

Wiązania międzycząsteczkowe obejmujące siły dipolowe opierają się na przyciąganiu elektrostatycznym między naładowanymi cząsteczkami. Cząsteczki dipolowe mają ładunek dodatni i ujemny na przeciwległych końcach cząsteczki. Dodatni koniec jednej cząsteczki może przyciągnąć ujemny koniec innej cząsteczki, tworząc wiązanie dipol-dipol.

Gdy cząsteczki obojętne są obecne w materiale oprócz cząsteczek dipolowych, ładunki cząsteczek dipolowych indukują ładunek w cząsteczkach obojętnych. Na przykład, jeśli ujemnie naładowany koniec cząsteczki dipola zbliża się do cząsteczki obojętnej, ładunek ujemny odpycha elektrony, zmuszając je do gromadzenia się po drugiej stronie neutralnej cząsteczka. W rezultacie strona obojętnej cząsteczki w pobliżu dipola wytwarza ładunek dodatni i jest przyciągana do dipola. Powstałe wiązania nazywane są wiązaniami dipolowymi indukowanymi dipolem.

Siły dyspersyjne londyńskie nie wymagają obecności i działania polarnej cząsteczki dipolowej we wszystkich materiałach, ale zazwyczaj są one niezmiernie słabe. Siła jest silniejsza w przypadku większych i cięższych atomów z wieloma elektronami niż w przypadku małych atomów i może mieć wpływ na właściwości fizyczne materiału.

Siła dyspersyjna Londona jest definiowana jako słaba siła przyciągania z powodu tymczasowego tworzenia dipoli w dwóch sąsiednich cząsteczkach obojętnych. Powstałe wiązania międzycząsteczkowe są również tymczasowe, ale tworzą się i zanikają w sposób ciągły, co daje ogólny efekt wiązania.

Tymczasowe dipole powstają, gdy elektrony obojętnej cząsteczki przypadkowo gromadzą się po jednej stronie cząsteczki. Cząsteczka jest teraz tymczasowym dipolem i może albo indukować inny tymczasowy dipol w sąsiedniej cząsteczce, albo być przyciągana do innej cząsteczki, która sama utworzyła tymczasowy dipol.

Gdy cząsteczki są duże i zawierają wiele elektronów, wzrasta prawdopodobieństwo, że elektrony utworzą nierówny rozkład. Elektrony znajdują się dalej od jądra i są luźno trzymane. Bardziej prawdopodobne jest, że zgromadzą się one tymczasowo po jednej stronie cząsteczki, a gdy utworzy się tymczasowy dipol, elektrony sąsiednich cząsteczek z większym prawdopodobieństwem utworzą dipol indukowany.

W materiałach z cząsteczkami dipolowymi dominują inne siły Van der Waalsa, ale w przypadku materiałów wykonanych całkowicie z obojętnych cząsteczek, siły dyspersyjne londyńskie są jedynymi aktywnymi międzycząsteczkami siły. Przykładami materiałów składających się z obojętnych cząsteczek są gazy szlachetne, takie jak neon, argon i ksenon. Siły dyspersyjne Londona są odpowiedzialne za kondensację gazów w ciecze, ponieważ żadne inne siły nie utrzymują razem cząsteczek gazu. Najlżejsze gazy szlachetne, takie jak hel i neon, mają wyjątkowo niskie temperatury wrzenia, ponieważ siły dyspersyjne Londynu są słabe. Duże, ciężkie atomy, takie jak ksenon, mają wyższą temperaturę wrzenia, ponieważ londyńskie siły dyspersyjne są silniejsze dla dużych atomów i przyciągają atomy do siebie, tworząc ciecz o wyższej temperatura. Chociaż zwykle stosunkowo słabe, siły dyspersyjne Londynu mogą mieć wpływ na fizyczne zachowanie takich materiałów.