ロンドン力、ロンドン分散力または誘起双極子双極子相互作用は、分子間相互作用の最も弱いタイプです。その名前は、物理学者フリッツロンドンと量子物理学の分野での彼の研究の貢献によるものです。
ロンドン軍は、分子がどのように相互作用してその構造と原子が永久双極子を形成するのを不可能にするかを説明しています。つまり、基本的に無極性分子または希ガスの孤立原子に適用されます。他のファンデルワールス軍とは異なり、これは非常に短い距離を必要とします。
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ロンドン軍の物理的な類似点は、ベルクロクロージャーシステムの動作によく見られます（上の画像）。刺繍された布の片側をフックで押し、もう一方の側を繊維で押すことにより、布の面積に比例する引力が作成されます。
両方の面が密封されると、それらを分離するために（私たちの指で行われた）相互作用を打ち消すように力を加える必要があります。同じことが分子にも当てはまります。それらが容積が大きいか平坦であるほど、非常に短い距離での分子間相互作用が大きくなります。
ただし、これらの分子をそれらの相互作用が目立つように十分に近づけることは常に可能ではありません。
これがそうであるとき、彼らは非常に低い温度または非常に高い圧力を必要とします。ガスの場合も同様です。同様に、これらのタイプの相互作用は、液体物質（n-ヘキサンなど）および固体物質（ヨウ素など）に存在する可能性があります。
特徴
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ロンドンの力を使用して相互作用するために、分子にはどのような特性が必要ですか？答えは誰でもできるということですが、永久双極子モーメントがある場合、双極子間相互作用は散乱する相互作用よりも優勢であり、物質の物理的性質にはほとんど寄与しません。
電気陰性度の高い原子が存在しない構造、または静電荷分布が均一な構造では、電子が豊富（δ-）または不十分（δ+）と見なすことができる極値または領域はありません。
これらの場合、他のタイプの力が介入する必要があります。そうしないと、作用している圧力や温度条件に関係なく、これらの化合物は気相にのみ存在する可能性があります。
均一な負荷分散
ネオンやアルゴンなどの2つの孤立した原子は、電荷分布が均一です。これは、上の画像Aで確認できます。中央の白い円は、原子の場合は核、分子の場合は分子骨格を表します。この電荷の分布は、緑の電子の雲と見なすことができます。
なぜ希ガスがこの均一性に準拠するのですか？彼らは完全に完全な電子殻を持っているので、彼らの電子は理論的にすべての軌道で等しく原子核の魅力的な電荷を感じるはずです。
一方、原子状酸素（O）などの他のガスの場合、その層は不完全であり（電子構成で観察されます）、この欠陥を補うために二原子分子O 2を形成させます。
Aの緑色の円は、小さな分子でも大きな分子でもかまいません。その電子雲は、それを構成するすべての原子、特に最も電気陰性度の高い原子の周りを周回します。これらの原子の周りの雲はより集中して負になり、他の原子は電子的に欠乏します。
ただし、この雲は静的ではなく動的であるため、ある時点で短いδ-およびδ+領域が形成され、分極と呼ばれる現象が発生します。
分極率
Aの緑色の雲は、負電荷の均一な分布を示しています。ただし、原子核によって加えられる正の引力は、電子に振動する可能性があります。これにより雲が変形し、青色の領域δ-と黄色の領域δ+が作成されます。
原子または分子のこの突然の双極子モーメントは、隣接する電子雲を歪める可能性があります。言い換えれば、それはその隣に突然の双極子を誘導します（B、上の画像）。
これは、δ-領域が隣接する雲を妨害し、その電子が静電反発力を感じ、δ+のように反対の極に向けられるためです。
永久双極子モーメントを持つ分子と同じように、正の極が負の極とどのように整列するかに注意してください。電子雲が容積が大きいほど、核が空間で均一に保つことが難しくなります。さらに、Cに見られるように、変形が大きくなります。
したがって、原子や小分子は、環境内の粒子によって分極される可能性が低くなります。この状況の例は、水素の小分子H 2によって示されています。
それが凝縮するため、またはさらに結晶化するためには、その分子を物理的に相互作用させるために過度の圧力が必要です。
距離に反比例します
周囲に他の人を誘導する瞬間的な双極子が形成されますが、それらは原子または分子を一緒に保持するのに十分ではありません。
Bには、2つの雲と2つの核を隔てる距離dがあります。両方の双極子が考慮された時間の間残ることができるように、この距離dは非常に小さくなければなりません。
この状態は、ロンドン軍の本質的な特性（ベルクロ閉鎖を思い出してください）であり、物質の物理的特性に顕著な影響を与えるために満たす必要があります。
dが小さくなると、Bの左側の原子核が、隣接する原子または分子の青いδ-領域を引き付け始めます。これにより、Cに見られるように、雲がさらに変形します（コアは中央ではなく、右側にあります）。次に、両方の雲が接触して「バウンド」するポイントが発生しますが、それらをしばらく一緒に保持するのに十分なほど遅くなります。
したがって、ロンドンの力は距離dに反比例します。実際、係数はd 7に等しいので、2つの原子または分子間の距離のわずかな変化は、ロンドンの散乱を弱めたり強めたりします。
分子量に正比例します
雲のサイズを大きくして、より簡単に分極する方法は？電子を追加すると、そのため、原子核にはより多くの陽子と中性子がなければならず、したがって原子質量が増加します。または、分子の骨格に原子を追加すると、分子の質量が増加します
このようにして、核または分子骨格は、常に電子雲を均一に保つ可能性が低くなります。したがって、A、B、Cで考慮されている緑色の円が大きいほど、それらは分極されやすくなり、ロンドンの力による相互作用も大きくなります。
この効果はBとCの間ではっきりと観察され、円の直径が大きい場合はさらに顕著になります。この推論は、分子量に基づいて多くの化合物の物理的特性を説明するための鍵となります。
ロンドン軍の例
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本来は
日常生活の中で、そもそもミクロの世界に足を踏み入れる必要のないロンドンの分散力の例は無数にあります。
最も一般的で驚くべき例の1つは、ヤモリと呼ばれる爬虫類の足（上の画像）と多くの昆虫（スパイダーマンにも含まれます）にあります。
彼らの足には、数千の小さなフィラメントが突き出ているパッドがあります。画像では、岩の斜面でポーズをとっているヤモリを見ることができます。これを達成するために、それは岩とその脚のフィラメントの間の分子間力を利用します。
これらのフィラメントはそれぞれ、小さな爬虫類が登る表面と弱く相互作用しますが、何千ものフィラメントがあるため、脚の面積に比例した力を発揮し、付着したままで登ることができるほど十分に強くなります。Geckosは、ガラスのような滑らかで完璧な表面を登ることもできます。
アルカン
アルカンは、ロンドンの力によっても相互作用する飽和炭化水素です。それらの分子構造は、単結合によって結合された炭素と水素で構成されています。CとHの電気陰性度の差は非常に小さいため、非極性化合物です。
したがって、メタン、CH 4、すべての中で最小の炭化水素は、-161.7℃で沸騰します。CとHが骨格に追加されると、より高い分子量を持つ他のアルカンが得られます。
このようにして、エタン（-88.6ºC）、ブタン（-0.5ºC）、オクタン（125.7ºC）が発生します。アルカンが重くなるにつれて、沸点がどのように増加するかに注目してください。
これは、電子雲の分極率が高く、構造の表面積が大きいため、分子間の接触が増加するためです。
オクタンは無極性化合物ですが、水より沸点が高くなっています。
ハロゲンとガス
ロンドン軍は、多くのガス状物質にも存在しています。たとえば、N 2、H 2、CO 2、F 2、Cl 2の分子とすべての希ガスは、瞬間的な双極子を受けて分極化する可能性のある均一な静電分布を示すため、これらの力を通じて相互作用します。
希ガスは、He（ヘリウム）、Ne（ネオン）、Ar（アルゴン）、Kr（クリプトン）、Xe（キセノン）、およびRn（ラドン）です。左から右に、沸点は原子質量の増加とともに増加します：-269、-246、-186、-152、-108、および-62°C。
ハロゲンもこれらの力を通じて相互作用します。フッ素は、塩素と同様に室温で気体です。より高い原子質量を持つ臭素は、通常の条件下では赤みがかった液体として見られ、ヨウ素は他のハロゲンより重いため、最終的には急速に昇華する紫色の固体を形成します。
参考文献
- ウィッテン、デイビス、ペック、スタンリー。化学。（第8版）。CENGAGE Learning、p 452-455。
- アンヘレスメンデス。（2012年5月22日）。分散力（ロンドンから）。回収元：quimica.laguia2000.com
- ロンドン分散軍。回収元：chem.purdue.edu
- ヘルメンスティン、アンマリー、Ph.D。（2018年6月22日）。3種類の分子間力。から回復：thoughtco.com
- ライアンイラガン&ゲイリーLバートランド。ロンドンの分散の相互作用。取得元：chem.libretexts.org
- ChemPages Netorials。ロンドン軍。回復：chem.wisc.edu
- カメレオン。（2013年5月22日）。ヤモリ：ヤモリとファンデルワールスの力。から回復：almabiologica.com