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Londoner Dispersionskraft

1930
  • Fritz London
Laborexperiment zum Nachweis der Londoner Dispersionskraft in Edelgasen.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

The London dispersion force (LDF) is the weakest type of Van der Waals force, arising from quantum mechanical fluctuations in the electron clouds of atoms and molecules. These fluctuations create temporary, instantaneous dipoles that induce corresponding dipoles in neighboring atoms, resulting in a net attractive force. The interaction potential energy [latex]V[/latex] between two atoms at distance [latex]r[/latex] is approximately [latex]V = -\frac{C_6}{r^6}[/latex].

The London dispersion force is a universal attractive force that exists between all atoms and molecules, even nonpolar ones where other intermolecular forces are absent. Its origin is purely quantum mechanical. According to quantum theory, the electron distribution around an atom is not static but fluctuates over time. At any given instant, the electron cloud can be momentarily distorted, creating a temporary electric Dipol. This instantaneous dipole generates an electric field that polarizes the electron cloud of a neighboring atom, inducing a synchronized dipole in it. The interaction between these two correlated, temporary dipoles results in a weak, short-lived attraction.

The strength of the LDF depends on the polarizability of the molecule—how easily its electron cloud can be distorted. Larger atoms with more electrons, particularly those in outer shells far from the nucleus, are more polarizable and thus experience stronger dispersion forces. This explains why the boiling points of noble gases and nonpolar hydrocarbons increase with molecular size. Although individually weak, the cumulative effect of London forces can be substantial, playing a critical role in the structure of kondensierte Materie, protein folding, and the adhesion of macroscopic objects.

UNESCO Nomenclature: 2202
Atom- und Molekularphysik

Typ

Physikalisches Gesetz

Störung

Revolutionär

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Schrödinger Equation and the development of Quantum Mechanics
  • Klassische Theorie des Elektromagnetismus und der Polarisation
  • Heitler-London-Theorie der kovalenten Bindung, die Quantenaustauschwechselwirkungen einführte
  • Earlier Van der Waals concepts that lacked a mechanism for nonpolar attraction

Anwendungen

  • explaining the liquefaction of noble gases like helium and argon
  • Adhäsionsmechanismen in Geckofüßen und Trockenklebstoffe
  • cohesion and physical properties of nonpolar polymers like Polyethylen
  • Arzneimittel-Rezeptor-Bindung in der Pharmakologie, insbesondere in hydrophoben Taschen
  • Stabilität kolloidaler Suspensionen

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • selbstheilende Polymere mit eingebetteten Mikrokapseln, die beim Bruch Monomere freisetzen, die durch Dispersionskräfte zusammengehalten werden
  • Von Geckos inspirierte wiederverwendbare Klebstoffe für Robotik und Fertigung
  • Nanopartikelbasierte Arzneimittelabgabesysteme, die Zellen über spezifische Oberflächeninteraktionen ansprechen
  • fortschrittliche Schmierstoffe mit Additiven, die die Dispersionskräfte für reibungsarme Oberflächen optimieren
  • Filter zum Auffangen flüchtiger organischer Verbindungen basierend auf maßgeschneiderter Oberflächenpolarisierbarkeit
  • 3D-Druckmaterialien mit einstellbarer Schichthaftung basierend auf LDF
  • Sensoren, die Moleküle durch Messung von Verschiebungen der Oberflächenenergie erkennen
  • synthetische Enzyme mit hydrophoben Taschen, die zur Bindung von Substraten über LDF entwickelt wurden
  • Materialien zur Wärmedämmung, die die Wärmeübertragung über Schnittstellen minimieren
  • self-assembling nanomaterials that form complex structures guided by dispersion forces
Related to: London dispersion force, induced dipole, quantum mechanics, polarizability, intermolecular force, Van der Waals, nonpolar molecules, electron correlation, adhesion, noble gases.

Historischer Kontext

Londoner Dispersionskraft

1927
1930
1930
1930
1931
1932
1933
1927
1927
1930
1930
1930
1931
1932
1936-01-01

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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