London-Kraft

London-Kräfte zwischen unpolaren 2-atomigen Molekülen: In semiklassischer Veranschaulichung entstehen sie durch eine spontane quantenmechanische Fluktuation in Form einer kleinen Polarisation (negative Ladung δ- am Molekül ganz links in blau eingezeichnet, positive Ladung δ+ rechts am selben Molekül in rot). Die Elektronen im Nachbarmolekül werden dadurch in gleicher Weise polarisiert usw. Die Folge ist eine Anziehungskraft mit makroskopischen Auswirkungen.

London-Kräfte (nach dem Physiker Fritz London; in der Literatur auch London-Kraft, London-Dispersion oder anziehende Van-der-Waals-Bindung genannt) sind schwache Anziehungskräfte zwischen polaren oder unpolaren Molekülen und Atomen. In semiklassischer Veranschaulichung erklärt man sie durch spontane Polarisation eines Teilchens infolge der sich ständig verändernden Ladungsverteilung in den Orbitalen, durch diese kurzzeitigen Ladungsverschiebungen entstehen induzierte Dipole in benachbarten Teilchen. Die temporären Dipole erfahren bei richtiger Orientierung zueinander anziehende Kräfte, die allgemein als Dispersionswechselwirkungen bezeichnet werden. Zusammen mit den Debye’schen Kräften (Wechselwirkung zwischen permanenten Dipolmolekülen und unpolaren Teilchen) gehören sie zu den van-der Waalschen Wechselwirkungen und sind wie alle van-der-Waals-Kräfte, sehr viel schwächer als die anderen Bindungsarten. In der Computerchemie sind sie nur schwierig zu beschreiben und zu parametrisieren.

Die London-Kräfte erklären die Existenz von flüssigen und festen Aggregatzuständen unpolarer Verbindungen, die nicht existieren dürften, wenn man (in Abwesenheit anderer intermolekularer Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrückenbindungen) nur die abstoßende Wechselwirkung ihrer Elektronenhüllen betrachtet.

Anziehende London-Kräfte entstehen auch zwischen polaren Molekülen und sind meist größer als die Beiträge der Dipol-Dipol-Wechselwirkung zwischen den permanenten Dipolmomenten. Erst wenn diese über 1 Debye liegen, wird ihr Einfluss etwa gleich groß wie der der London-Kräfte.

Aus quantenmechanischen Berechnung ergibt sich die Wechselwirkungsenergie zwischen zwei unterschiedlichen Teilchen näherungsweise als:

$V=-{\frac {3}{2}}{\frac {\alpha _{1}\cdot \alpha _{2}}{r^{6}}}{\frac {I_{1}\cdot I_{2}}{I_{1}+I_{2}}}$

$\alpha _{1}$ und $\alpha _{2}$ sind dabei die Polarisierbarkeitsvolumina der beiden Moleküle und $I_{1}$ und $I_{2}$ sind die Ionisierungsenergien der ersten Elektronen.

Für die Wechselwirkungsenergien zwei gleiche Moleküle ergibt sich dementsprechend nach:

$V=-{\frac {3}{4}}{\frac {\alpha ^{2}I}{r^{6}}}$