런던 세력 , 런던 분산력 또는 유도 된 쌍극자 쌍극자 상호 작용은 분자간 상호 작용의 약한 유형입니다. 그 이름은 물리학 자 Fritz London의 공헌과 양자 물리학 분야에서의 그의 연구 덕분입니다.
런던 군은 분자가 상호 작용하는 방식을 설명하는데, 그 구조와 원자로 인해 영구 쌍극자를 형성하는 것이 불가능합니다. 즉, 그것은 근본적으로 무극성 분자 또는 고귀한 기체의 분리 된 원자에 적용됩니다. 다른 Van der Waals 세력과 달리이 세력은 매우 짧은 거리가 필요합니다.
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런던 세력의 좋은 물리적 비유는 벨크로 폐쇄 시스템의 작동에서 찾을 수 있습니다 (위 이미지). 수 놓은 직물의 한쪽을 후크로 누르고 다른 한쪽을 섬유로 누르면 직물 면적에 비례하는 인력이 생성됩니다.
두 얼굴이 모두 봉인되면 두 얼굴을 분리하기 위해 상호 작용 (손가락으로 만든)을 상쇄하기 위해 힘을 가해 야합니다. 분자도 마찬가지입니다. 부피가 크거나 평평할수록 매우 짧은 거리에서 분자간 상호 작용이 커집니다.
그러나 이러한 분자를 상호 작용이 눈에 띄도록 충분히 가깝게 만드는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다.
그렇다면 매우 낮은 온도 또는 매우 높은 압력이 필요합니다. 가스의 경우입니다. 마찬가지로 이러한 유형의 상호 작용은 액체 물질 (예 : n- 헥산) 및 고체 물질 (예 : 요오드)에 존재할 수 있습니다.
형질
출처 : Gabriel Bolívar
분자가 런던 힘을 사용하여 상호 작용하려면 어떤 특성을 가져야합니까? 대답은 누구나 할 수 있지만 영구적 인 쌍극자 모멘트가있을 때 쌍극자-쌍극자 상호 작용이 산란하는 것보다 우세하여 물질의 물리적 특성에 거의 기여하지 않습니다.
전기 음성도가 높은 원자가 없거나 정전 하 분포가 균일 한 구조에서는 전자가 풍부하거나 (δ-) 나쁘거나 (δ +) 간주 될 수있는 극단 또는 영역이 없습니다.
이러한 경우에는 다른 유형의 힘이 개입해야합니다. 그렇지 않으면 해당 화합물이 작용하는 압력 또는 온도 조건에 관계없이 기체 상에만 존재할 수 있습니다.
균일 한 부하 분배
네온 또는 아르곤과 같은 두 개의 분리 된 원자는 균일 한 전하 분포를 갖습니다. 이것은 A, 상단 이미지에서 볼 수 있습니다. 중앙의 흰색 원은 원자의 경우 핵, 분자의 경우 분자 골격을 나타냅니다. 이 전하 분포는 녹색 전자 구름으로 간주 될 수 있습니다.
왜 희가스가이 균질성을 준수합니까? 그들은 완전히 완전한 전자 껍질을 가지고 있기 때문에 이론적으로 전자는 모든 궤도에서 동일하게 핵의 매력적인 전하를 느껴야합니다.
반면에 원자 산소 (O)와 같은 다른 가스의 경우 그 층이 불완전하고 (전자 구성에서 관찰 됨) 이 결핍을 보완하기 위해 이원자 분자 O 2 를 형성하도록 강제합니다 .
A의 녹색 원은 작거나 큰 분자 일 수도 있습니다. 그것의 전자 구름은 그것을 구성하는 모든 원자, 특히 가장 전기 음성이 강한 원자 주위를 공전합니다. 이 원자 주변에서 구름은 더 집중되고 음이 될 것이며 다른 원자는 전자적 결함을 가질 것입니다.
그러나이 구름은 정적이 아니라 동적이므로 어느 시점에서 짧은 δ- 및 δ + 영역이 형성되고 편광이라는 현상이 발생합니다.
분 극성
A에서 녹색 구름은 음전하의 균일 한 분포를 나타냅니다. 그러나 핵이 가하는 양의 인력은 전자에서 진동 할 수 있습니다. 이것은 구름의 변형을 일으켜 파란색으로 영역 δ-를 생성하고 노란색으로 δ + 영역을 생성합니다.
원자 또는 분자의이 갑작스런 쌍극자 모멘트는 인접한 전자 구름을 왜곡 할 수 있습니다. 즉, 이웃 (B, 상단 이미지)에 갑작스런 쌍극자를 유도합니다.
이것은 δ- 영역이 이웃 구름을 방해하고 그 전자가 정전기 반발을 느끼고 δ +로 나타나는 반대 극을 향하기 때문입니다.
영구 쌍극자 모멘트를 가진 분자와 마찬가지로 양극이 음극과 어떻게 정렬되는지 주목하십시오. 전자 구름의 부피가 클수록 핵이 공간에서 균질하게 유지하기가 더 어려워집니다. 또한 C에서 볼 수 있듯이 변형이 커집니다.
따라서 원자와 작은 분자는 환경에있는 입자에 의해 분극화 될 가능성이 적습니다. 이러한 상황에 대한 예는 수소의 작은 분자 인 H 2로 설명 됩니다.
응축되거나 결정화되기 위해서는 분자가 물리적으로 상호 작용하도록 강요하는 엄청난 압력이 필요합니다.
거리에 반비례합니다.
순간 쌍극자가 형성되어 주변에 다른 사람을 유도하지만 원 자나 분자를 함께 묶기에는 충분하지 않습니다.
B에는 두 개의 구름과 두 개의 핵을 분리하는 거리 d가 있습니다. 두 쌍극자가 고려 된 시간 동안 유지 될 수 있도록이 거리 d는 매우 작아야합니다.
런던 군의 필수 특성 인이 조건 (벨크로 폐쇄 기억)은 물질의 물리적 특성에 눈에 띄는 영향을 미치기 위해 충족되어야합니다.
d가 작 으면 B의 왼쪽에있는 핵이 인접한 원자 또는 분자의 파란색 δ- 영역을 끌어 당기기 시작합니다. 이것은 C에서 볼 수 있듯이 구름을 더 변형시킬 것입니다 (핵심은 더 이상 중앙이 아니라 오른쪽에 있습니다). 그런 다음 두 구름이 닿아 "튀어 오르는"지점이 있지만 잠시 동안 서로 붙잡을 수있을 정도로 느립니다.
따라서 런던 군은 거리 d에 반비례합니다. 사실, 계수는 d 7 과 같으므로 두 원자 또는 분자 사이의 거리가 약간 변하면 런던 산란이 약화되거나 강화됩니다.
분자 질량에 정비례합니다.
구름이 더 쉽게 양극화되도록 구름의 크기를 늘리는 방법은 무엇입니까? 전자를 추가하면 핵에 더 많은 양성자와 중성자가 있어야하므로 원자 질량이 증가합니다. 또는 분자의 백본에 원자를 추가하면 분자 질량이 증가합니다.
이런 식으로 핵이나 분자 골격은 전자 구름을 항상 균일하게 유지할 가능성이 적습니다. 따라서 A, B 및 C에서 고려되는 녹색 원이 클수록 더 양극화되고 런던 세력에 의한 상호 작용도 커집니다.
이 효과는 B와 C 사이에서 명확하게 관찰되며 원의 지름이 더 클 경우 더욱 그러할 수 있습니다. 이 추론은 분자 질량을 기반으로 많은 화합물의 물리적 특성을 설명하는 데 중요합니다.
런던 군의 예
출처 : Pxhere
자연 속에서
일상 생활에는 처음부터 미세한 세계로 모험을 떠나지 않고도 런던의 분산력에 대한 수많은 예가 있습니다.
가장 흔하고 놀라운 예 중 하나는 도마뱀 붙이 (상단 이미지)로 알려진 파충류의 다리와 많은 곤충 (스파이더 맨에서도)에서 발견됩니다.
다리에는 수천 개의 작은 필라멘트가 튀어 나온 패드가 있습니다. 이미지에서 바위 경사면에서 포즈를 취하는 도마뱀 붙이를 볼 수 있습니다. 이를 달성하기 위해 암석과 다리 필라멘트 사이의 분자간 힘을 사용합니다.
이 각 필라멘트는 작은 파충류가 올라간 표면과 약하게 상호 작용하지만 수천 개가 있기 때문에 다리 영역에 비례하여 힘을 발휘하여 부착 상태를 유지하고 올라갈 수 있습니다. 도마뱀 붙이는 또한 유리처럼 부드럽고 완벽한 표면을 오를 수 있습니다.
알칸
알칸은 런던의 힘에 의해 상호 작용하는 포화 탄화수소입니다. 분자 구조는 단순히 단일 결합으로 연결된 탄소와 수소로 구성됩니다. C와 H의 전기 음성도 차이가 매우 작기 때문에 무극성 화합물입니다.
따라서, 메탄, CH 4 , 모든 작은 탄화수소, -161.7ºC에서 끓는. 골격에 C와 H가 추가되면 분자량이 더 큰 다른 알칸이 얻어진다.
이런 식으로 에탄 (-88.6ºC), 부탄 (-0.5ºC) 및 옥탄 (125.7ºC)이 발생합니다. 알칸이 무거워 짐에 따라 끓는점이 어떻게 증가하는지 주목하십시오.
이는 전자 구름이 더 분극화되고 구조가 분자 사이의 접촉을 증가시키는 더 큰 표면적을 가지고 있기 때문입니다.
옥탄은 비극성 화합물이지만 물보다 끓는점이 높습니다.
할로겐 및 가스
런던 군은 또한 많은 기체 물질에 존재합니다. 예를 들어, N 2 , H 2 , CO 2 , F 2 , Cl 2 및 모든 희가스 의 분자는 이러한 힘을 통해 상호 작용합니다. 균질 한 정전기 분포를 나타 내기 때문에 순간 쌍극자를 겪고 분극을 일으킬 수 있습니다.
희가스는 He (헬륨), Ne (네온), Ar (아르곤), Kr (크립톤), Xe (크세논), Rn (라돈)입니다. 원자 질량이 증가함에 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 끓는점이 증가합니다 : -269, -246, -186, -152, -108, -62ºC.
할로겐은 또한 이러한 힘을 통해 상호 작용합니다. 불소는 염소와 같이 실온에서 가스입니다. 원자 질량이 더 높은 브롬은 정상적인 조건에서 붉은 액체로 발견되며, 요오드는 마지막으로 다른 할로겐보다 무겁기 때문에 빠르게 승화하는 자주색 고체를 형성합니다.
참고 문헌
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