लंदन विक्षेपण बल

एक आर्गन डिमर (रसायन विज्ञान) की अंतःक्रियात्मक ऊर्जा। लंबी दूरी का खंड लंदन विक्षेपण बलों के कारण है।

लंदन विक्षेपण बल (एलडीएफ जिसे विक्षेपण बल के रूप में भी जाना जाता है। लंदन बल तात्कालिक द्विध्रुव-प्रेरित बल उतार-चढ़ाव वाले प्रेरित द्विध्रुव बंध या ढीले रूप में वान्डरवाल्स बल) परमाणुओं और अणुओं के बीच अभिनय करने वाले एक प्रकार के अंतर-आणविक बल हैं। जो सामान्य रूप से विद्युत रूप से सममित होते हैं। अर्थात् इलेक्ट्रॉनों को नाभिक के संबंध में सममित रूप से वितरित किया जाता है। वे वान्डरवाल्स बलों का भाग हैं। एलडीएफ का नाम जर्मन भौतिक विज्ञानी फ्रिट्ज लंदन के नाम पर रखा गया है। वे सबसे आशक्त इंटरमॉलिक्युलर बल हैं।

परिचय

परमाणु या अणु के चारों ओर इलेक्ट्रॉन वितरण समय में उतार-चढ़ाव से निकलता है। ये उतार-चढ़ाव तात्कालिक विद्युत क्षेत्र बनाते हैं। जो अन्य आस-पास के परमाणुओं और अणुओं द्वारा अनुभव किए जाते हैं। जो बदले में अपने स्वयं के इलेक्ट्रॉनों के स्थानिक वितरण को समायोजित करते हैं। शुद्ध प्रभाव यह है कि एक परमाणु में इलेक्ट्रॉन की स्थिति में उतार-चढ़ाव अन्य परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों के एक समान पुनर्वितरण को प्रेरित करता है। जैसे कि इलेक्ट्रॉन की गति सहसंबद्ध हो जाती है। जबकि विस्तृत सिद्धांत के लिए क्वांटम-मैकेनिकल स्पष्टीकरण की आवश्यकता होती है (क्वांटम यांत्रिक सिद्धांत देखें)। प्रभाव को अधिकांशतः डिपोल आणविक द्विध्रुव के गठन के रूप में वर्णित किया जाता है। जो (जब रिक्त स्थान द्वारा अलग किया जाता है) एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। लंदन विक्षेपण बल के परिमाण को अधिकांशतः एकल पैरामीटर के संदर्भ में वर्णित किया जाता है। जिसे हैमेकर स्थिरांक कहा जाता है। जिसे सामान्यतः $A$ प्रतीक से दर्शाया जाता है। उन परमाणुओं के लिए जो प्रकाश विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम और दृश्यमान प्रकाश की तुलना में एक साथ पास स्थित हैं, अंतःक्रिया अनिवार्य रूप से तात्कालिक है और एक गैर-मंद हैमर स्थिरांक के संदर्भ में वर्णित है। उन संस्थाओं के लिए, जो दूर हैं, एक परमाणु में उतार-चढ़ाव के लिए दूसरे परमाणु (मंदता) पर अनुभव किए जाने वाले उतार-चढ़ाव के लिए आवश्यक परिमित समय के लिए एक मंद हैमर स्थिरांक के उपयोग की आवश्यकता होती है।

जबकि अलग-अलग परमाणुओं और अणुओं के बीच लंदन विक्षेपण बल अधिक आशक्त है और अलग होने के साथ तेजी से घटता है और $R$ के समान ${\frac {1}{R^{6}}}$संघनित पदार्थ (तरल पदार्थ और ठोस) में प्रभाव सामग्री की मात्रा पर संचयी होता है या कार्बनिक अणुओं के अन्दर और उनके बीच, जैसे कि लंदन विक्षेपण बल ठोस और तरल पदार्थों में अधिक शक्तिशाली हो सकते हैं और दूरी के साथ बहुत धीरे-धीरे क्षय हो सकते हैं। उदाहरण के लिए दो थोक ठोसों के बीच ${\frac {1}{R^{3}}}$ प्रति इकाई क्षेत्रफल पर लगने वाला कुल बल कितना कम हो जाता है? जहाँ $R$ उनके बीच अलग होने की स्थिति है। लंदन विक्षेपण बलों के प्रभाव उन प्रणालियों में सबसे अधिक स्पष्ट हैं। जो बहुत गैर-ध्रुवीय हैं (उदाहरण के लिए जिनमें आयनिक बांड की कमी है), जैसे कि हाइड्रोकार्बन और अत्यधिक सममित अणु जैसे ब्रोमिन (Br)₂ कमरे के तापमान पर एक तरल) या आयोडीन (I₂ कमरे के तापमान पर एक ठोस)। हाइड्रोकार्बन और मोम में विक्षेपण बल गैस चरण से तरल या ठोस चरण में संघनन उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त होते हैं। उर्ध्वपातन ताप उदा. हाइड्रोकार्बन क्रिस्टल विक्षेपण बल को दर्शाते हैं। तरल चरणों में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन गैसों का द्रवीकरण भी आकर्षक लंदन विक्षेपण बलों का प्रभुत्व है।

जब परमाणुओं/अणुओं को एक तीसरे माध्यम (वैक्यूम के अतिरिक्त) से अलग किया जाता है। तो स्थिति अधिक जटिल हो जाती है। जलीय घोलों में ध्रुवीकरण योग्य विलायक अणुओं के साथ प्रतिस्पर्धा के कारण परमाणुओं या अणुओं के बीच विक्षेपण बलों के प्रभाव अधिकांशतः कम स्पष्ट होते हैं। अर्थात् एक परमाणु या अणु में तात्कालिक उतार-चढ़ाव विलायक (पानी) और अन्य अणुओं द्वारा अनुभव किया जाता है।

छोटे और हल्के परमाणुओं की तुलना में बड़े और भारी परमाणु और अणु अधिक प्रबल परिक्षेपण बल प्रदर्शित करते हैं। यह बड़े, अधिक अलग हुए इलेक्ट्रॉन बादलों के साथ अणुओं की बढ़ी हुई ध्रुवीकरण क्षमता के कारण है। ध्रुवीकरण इसका माप है कि इलेक्ट्रॉनों को कितनी सरलता से पुनर्वितरित किया जा सकता है। एक बड़े ध्रुवीकरण का अर्थ है कि इलेक्ट्रॉनों को अधिक सरलता से पुनर्वितरित किया जाता है। यह प्रवृत्ति हलोजन (सबसे छोटी से सबसे बड़ी: F₂, Cl₂, Br₂, I₂). RF, RCl, RBr, RI (सबसे छोटे से सबसे बड़े) या अन्य अधिक ध्रुवीकरण योग्य हेट्रोएटम्स के क्रम में कार्बनिक अणुओं के अन्दर और उनके बीच फैलाने वाले आकर्षण की समान वृद्धि होती है। एक अधातु तत्त्व और क्लोरीन कमरे के तापमान पर गैसें हैं, ब्रोमीन एक तरल है और आयोडीन एक ठोस है। ऐसा माना जाता है कि लंदन बल इलेक्ट्रॉनों की गति से उत्पन्न होते हैं।

क्वांटम यांत्रिक सिद्धांत

आदर्श गैस परमाणुओं के बीच आकर्षण की पहली व्याख्या फ्रिट्ज लंदन ने 1930 में दी थी। उन्होंने पर्टर्बेशन थ्योरी (क्वांटम मैकेनिक्स) पर आधारित एक क्वांटम-मैकेनिकल थ्योरी का प्रयोग किया। क्षोभ दो अर्धांशों (परमाणुओं या अणुओं) के इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों के बीच कूलम्ब अन्योन्य क्रिया के कारण होता है। अंतःक्रियात्मक ऊर्जा के दूसरे क्रम की अनियमितता की अभिव्यक्ति में स्थितियों का योग होता है। इस योग में दिखाई देने वाली अवस्थाएँ मोनोमर्स की उत्तेजित इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं के सरल उत्पाद हैं। इस प्रकार इलेक्ट्रॉनिक स्थितियों का कोई अंतर-आणविक प्रतिरूपीकरण सम्मिलित नहीं है और पाउली अनियमितता सिद्धांत (क्वांटम यांत्रिकी) रूप से संतुष्ट है।

लंदन में अनियमितता की एक टेलर श्रृंखला ${\frac {1}{R}}$ विस्तार लिखा था। जहाँ $R$ अर्धांशों के द्रव्यमान के केंद्र के बीच की दूरी है।

इस विस्तार को बहुध्रुव विस्तार के रूप में जाना जाता है क्योंकि इस श्रृंखला की नियमों को दो अंतःक्रियात्मक बहुध्रुवों की ऊर्जा के रूप में माना जा सकता है। प्रत्येक मोनोमर पर एक- दूसरे क्रम की ऊर्जा में V के मल्टीपोल-विस्तारित रूप का प्रतिस्थापन एक अभिव्यक्ति उत्पन्न करता है। जो तात्कालिक मल्टीपोल के बीच जानकारी का वर्णन करने वाली अभिव्यक्ति जैसा दिखता है (ऊपर गुणात्मक विवरण देखें)। इसके अतिरिक्त ध्रुवीकरण के संदर्भ में लंदन विक्षेपण का विवरण प्राप्त करने के लिए अल्ब्रेक्ट अनसोल्ड के नाम पर एक सन्निकटन $\alpha '$ प्रस्तुत किया जाना चाहिए और आयनीकरण ऊर्जा, $I$, (प्राचीन शब्द: आयनीकरण क्षमता) प्रदर्शित की जाती है।

इस प्रकार विक्षेपण जानकारी के लिए निम्नलिखित सन्निकटन दो परमाणुओं $A$ और $B$ के बीच $E_{AB}^{\rm {disp}}$ प्राप्त किया जाता है। यहाँ $\alpha '_{A}$ और $\alpha '_{B}$ संबंधित परमाणुओं के ध्रुवीकरण की मात्रा हैं। मात्राएँ $I_{A}$ और $I_{B}$ परमाणुओं की पहली आयनीकरण ऊर्जा हैं और $R$ अंतराण्विक दूरी है।

$E_{AB}^{\rm {disp}}\approx -{3 \over 2}{I_{A}I_{B} \over I_{A}+I_{B}}{\alpha '_{A}\alpha '_{B} \over {R^{6}}}$

ध्यान दें कि इस अंतिम लंदन समीकरण में तात्क्षणिक द्विध्रुव सम्मिलित नहीं है (आणविक द्विध्रुव आघूर्ण देखें)। दो ऐसे द्विध्रुवों के बीच अन्योन्य क्रिया के रूप में विक्षेपण बल की व्याख्या का आविष्कार लंदन द्वारा उचित क्वांटम यांत्रिक सिद्धांत पर पहुंचने के बाद किया गया था। अधिकारिक कार्य तात्कालिक द्विध्रुवीय मॉडल की आलोचना सम्मिलित है और अंतर-आण्विक बलों के सिद्धांत का एक आधुनिक और संपूर्ण विवरण भी सम्मिलित की गयी है।

लंदन के सिद्धांत में विक्षेपण (ऑप्टिक्स) के क्वांटम यांत्रिक सिद्धांत से अधिक समानता है। यही कारण है कि लंदन ने विक्षेपण प्रभाव वाक्यांश का प्रयोग किया गया है। भौतिकी में विक्षेपण शब्द आवृत्ति के साथ एक मात्रा की भिन्नता का वर्णन करता है। जो लंदन विक्षेपण की स्थिति में इलेक्ट्रॉनों का उतार-चढ़ाव है।

सापेक्ष परिमाण

विक्षेपण बल सामान्यतः परमाणुओं और अणुओं के बीच तीन वान्डरवाल्स बलों (अभिविन्यास, प्रेरण, विक्षेपण) पर दबाव डालते हैं। अणुओं के अपवाद के साथ जो छोटे और अत्यधिक ध्रुवीय होते हैं, जैसे कि पानी कुल अंतराआण्विक अन्योन्यक्रिया ऊर्जा में विक्षेपण का निम्नलिखित योगदान दिया गया है:

कुल इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन एनर्जी में फैलाव का योगदान

अणु युग्म	कुल ऊर्जा का %
Ne-Ne	100
CH4-CH4	100
HCl-HCl	86
HBr-HBr	96
HI-HI	99
CH3Cl-CH3Cl	68
NH3-NH3	57
H2O-H2O	24
HCl-HI	96
H2O-CH4	87

यह भी देखें

• विक्षेपण (रसायन विज्ञान)
• वान्डरवाल्स बल
• गैर सहसंयोजक इन्टरेक्शन