Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:08 • sest 21:44 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 00:00 • Sest 00:00 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 08:47 • Síðdegis: 21:08 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 02:49 • Síðdegis: 14:50 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg

Hvað eru kraftar Londons?

Hildur Guðmundsdóttir og Þorsteinn Vilhjálmsson

Venjulegar sameindir (e. molecules) eru óhlaðnar sem heild og þess vegna verka ekki milli þeirra neinir rafkraftar af venjulegustu gerð, það er að segja svokallaðir Coulomb-kraftar milli hlaðinna efniseinda. Hins vegar er jákvæð hleðsla í atómkjörnum sameindarinnar og jafnstór neikvæð hleðsla í rafeindum hennar samanlögðum.

Misjöfn dreifing jákvæðu og neikvæðu hleðslunnar skapar möguleika á því að veikir aðdráttarkraftar geta verkað milli sameinda þannig að þær geta loðað saman og myndað vökva. Til eru nokkrar gerðir bindikrafta milli sameinda en algengastir eru kraftar Londons. Þeir eru einu aðdráttarkraftarnir sem verka milli óskautaðra sameinda en aðrir kraftar koma einnig við sögu þegar sameindirnar hafa varanlega skautun (polarization).

Með skautun er í stuttu máli átt við það að miðja jákvæðu hleðslunnar er þá ekki sú sama og miðja neikvæðu hleðslunnar. Ef rafeindirnar hafa til dæmis meiri tilhneigingu til að vera öðrum megin í sameindinni en hinum megin, þá raskast hleðsludreifingin og önnur hliðin fær svolitla jákvæða hleðslu en hin hliðin, með rafeindunum, fær neikvæða hleðslu. Þannig verður sameindin skautuð og myndar svokallað tvískaut (e. dipole).

Sameindir eins og F2 (flúor), I2 (joð) og fjöldi lífrænna sameinda eru hins vegar óskautaðar. Miðja jákvæðu hleðslunnar og miðja neikvæðu hleðslunnar eru þá einn og sami punkturinn. Myndin hér á eftir táknar samhverfa, óskautaða sameind.


Jöfn hleðsludreifing rafeindanna er táknuð með sama litnum yfir alla sameindina.

Kraftar sem verka milli sameinda eru rafkraftar. Aðalatriðið er að hleðslur með gagnstæðu formerki (-+ eða +-) laðast hver að annarri en hleðslur með sama formerki (++ eða --) hrinda hvor annarri frá sér.

Rafeindirnar sem tilheyra tiltekinni sameind eru á stöðugri hreyfingu og mynda einskonar rafeindaský. Í óskautaðri sameind eru talsverðar líkur á að hleðslujafnvægið milli enda sameindarinnar raskist í örskamma stund þó að dreifing rafeindanna sé að meðaltali í jafnvægi. Þetta þýðir að sameindin getur skautast tímabundið þó að hún sé að jafnaði óskautuð.



Þá fær önnur hliðin svolitla neikvæða hleðslu en hin hliðin jafnmikla jákvæða hleðslu vegna skorts á rafeindum.

Skautaða sameindin skapar rafsvið í kringum sig og veldur skautun í nálægri sameind sem er upphaflega óskautuð, og þannig koll af kolli.



Rafeindir hennar dragast að jákvæðu hlið fyrri sameindarinnar og þessi sameind fær einnig tímabundna skautun.



Þar sem ólíkar hleðslur laðast hver að annarri þá dregst jákvæði endi annarrar sameindarinnar að neikvæðum enda hinnar sameindarinnar. Þessir aðdráttarkraftar eru tiltölulega veikir en samt er það vegna þeirra sem að óskautaðar sameindir geta myndað vökva og jafnvel storku (fast efni) þegar efnið kólnar nægilega.

Þessir kraftar sem verka milli óskautaðra sameinda kallast ýmist London-kraftar eða kraftar van der Waals sem eru kenndir við Hollendinginn Johannes Diederik van der Waals (1837-1923). Menn höfðu á hans dögum tekið eftir ýmsu sem kom á óvart í hegðun lofttegunda eða gasa, þar á meðal því að öll gös virtust taka hamskiptum við kólnun og breytast í vökva og síðan í storku. Van der Waals setti fram þá skýringu á þessu árið 1873 að veikir aðdráttarkraftar væru milli allra sameinda vegna skautunar.

Það var hins vegar ekki fyrr en árið 1930 sem þýsk-bandaríski eðlisfræðingurinn Fritz Wolfgang London (1900-1954) setti fram eðlisfræðilega skýringu á aðdráttarkraftinum milli óskautaðra sameinda. Til að lýsa kraftinum rétt notaði hann eðlisfræðikenningu sem þá var ný af nálinni og nefnist skammtafræði, en hún er oft nauðsynleg til að lýsa smáum hlutum eins og sameindum, rafeindum og atómkjörnum.

London-kraftar verka ekki aðeins milli sameinda heldur geta þeir einnig verkað milli stakra atóma. Þannig eiga þeir þátt í því að eðalgös (frumefnin í dálkinum lengst til hægri í lotukerfinu) geta myndað sameindir við lágt hitastig.

Hluti skýringarmynda er fenginn af síðunni chemguide.

Höfundar

Hildur Guðmundsdóttir

eðlisfræðinemi

Þorsteinn Vilhjálmsson

Þorsteinn Vilhjálmsson

prófessor emeritus, ritstjóri Vísindavefsins 2000-2010 og ritstjóri Evrópuvefsins 2011

Útgáfudagur

7.7.2004

Spyrjandi

Karl Kristinsson

Efnisorð

Tilvísun

Hildur Guðmundsdóttir og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvað eru kraftar Londons? “ Vísindavefurinn, 7. júlí 2004. Sótt 28. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=4392.

Hildur Guðmundsdóttir og Þorsteinn Vilhjálmsson. (2004, 7. júlí). Hvað eru kraftar Londons? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=4392

Hildur Guðmundsdóttir og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvað eru kraftar Londons? “ Vísindavefurinn. 7. júl. 2004. Vefsíða. 28. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=4392>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvað eru kraftar Londons?
Venjulegar sameindir (e. molecules) eru óhlaðnar sem heild og þess vegna verka ekki milli þeirra neinir rafkraftar af venjulegustu gerð, það er að segja svokallaðir Coulomb-kraftar milli hlaðinna efniseinda. Hins vegar er jákvæð hleðsla í atómkjörnum sameindarinnar og jafnstór neikvæð hleðsla í rafeindum hennar samanlögðum.

Misjöfn dreifing jákvæðu og neikvæðu hleðslunnar skapar möguleika á því að veikir aðdráttarkraftar geta verkað milli sameinda þannig að þær geta loðað saman og myndað vökva. Til eru nokkrar gerðir bindikrafta milli sameinda en algengastir eru kraftar Londons. Þeir eru einu aðdráttarkraftarnir sem verka milli óskautaðra sameinda en aðrir kraftar koma einnig við sögu þegar sameindirnar hafa varanlega skautun (polarization).

Með skautun er í stuttu máli átt við það að miðja jákvæðu hleðslunnar er þá ekki sú sama og miðja neikvæðu hleðslunnar. Ef rafeindirnar hafa til dæmis meiri tilhneigingu til að vera öðrum megin í sameindinni en hinum megin, þá raskast hleðsludreifingin og önnur hliðin fær svolitla jákvæða hleðslu en hin hliðin, með rafeindunum, fær neikvæða hleðslu. Þannig verður sameindin skautuð og myndar svokallað tvískaut (e. dipole).

Sameindir eins og F2 (flúor), I2 (joð) og fjöldi lífrænna sameinda eru hins vegar óskautaðar. Miðja jákvæðu hleðslunnar og miðja neikvæðu hleðslunnar eru þá einn og sami punkturinn. Myndin hér á eftir táknar samhverfa, óskautaða sameind.


Jöfn hleðsludreifing rafeindanna er táknuð með sama litnum yfir alla sameindina.

Kraftar sem verka milli sameinda eru rafkraftar. Aðalatriðið er að hleðslur með gagnstæðu formerki (-+ eða +-) laðast hver að annarri en hleðslur með sama formerki (++ eða --) hrinda hvor annarri frá sér.

Rafeindirnar sem tilheyra tiltekinni sameind eru á stöðugri hreyfingu og mynda einskonar rafeindaský. Í óskautaðri sameind eru talsverðar líkur á að hleðslujafnvægið milli enda sameindarinnar raskist í örskamma stund þó að dreifing rafeindanna sé að meðaltali í jafnvægi. Þetta þýðir að sameindin getur skautast tímabundið þó að hún sé að jafnaði óskautuð.



Þá fær önnur hliðin svolitla neikvæða hleðslu en hin hliðin jafnmikla jákvæða hleðslu vegna skorts á rafeindum.

Skautaða sameindin skapar rafsvið í kringum sig og veldur skautun í nálægri sameind sem er upphaflega óskautuð, og þannig koll af kolli.



Rafeindir hennar dragast að jákvæðu hlið fyrri sameindarinnar og þessi sameind fær einnig tímabundna skautun.



Þar sem ólíkar hleðslur laðast hver að annarri þá dregst jákvæði endi annarrar sameindarinnar að neikvæðum enda hinnar sameindarinnar. Þessir aðdráttarkraftar eru tiltölulega veikir en samt er það vegna þeirra sem að óskautaðar sameindir geta myndað vökva og jafnvel storku (fast efni) þegar efnið kólnar nægilega.

Þessir kraftar sem verka milli óskautaðra sameinda kallast ýmist London-kraftar eða kraftar van der Waals sem eru kenndir við Hollendinginn Johannes Diederik van der Waals (1837-1923). Menn höfðu á hans dögum tekið eftir ýmsu sem kom á óvart í hegðun lofttegunda eða gasa, þar á meðal því að öll gös virtust taka hamskiptum við kólnun og breytast í vökva og síðan í storku. Van der Waals setti fram þá skýringu á þessu árið 1873 að veikir aðdráttarkraftar væru milli allra sameinda vegna skautunar.

Það var hins vegar ekki fyrr en árið 1930 sem þýsk-bandaríski eðlisfræðingurinn Fritz Wolfgang London (1900-1954) setti fram eðlisfræðilega skýringu á aðdráttarkraftinum milli óskautaðra sameinda. Til að lýsa kraftinum rétt notaði hann eðlisfræðikenningu sem þá var ný af nálinni og nefnist skammtafræði, en hún er oft nauðsynleg til að lýsa smáum hlutum eins og sameindum, rafeindum og atómkjörnum.

London-kraftar verka ekki aðeins milli sameinda heldur geta þeir einnig verkað milli stakra atóma. Þannig eiga þeir þátt í því að eðalgös (frumefnin í dálkinum lengst til hægri í lotukerfinu) geta myndað sameindir við lágt hitastig.

Hluti skýringarmynda er fenginn af síðunni chemguide.

...