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ロンドン分散力（LDF、分散力、ロンドン力、瞬間双極子誘起双極子力、変動誘起双極子結合[ 1 ] 、またはファンデルワールス力とも呼ばれる）は、通常電気的に対称な原子と分子の間に働く分子間力の一種です。つまり、電子は原子核に対して対称的に分布しています。[ 2 ]これらはファンデルワールス力の一部です。LDFはドイツの物理学者フリッツ・ロンドンにちなんで名付けられました。これらは分子間力の中で最も弱いものです。
原子または分子の周囲の電子分布は時間とともに変動する。これらの変動は瞬間的な電場を生成し、それが近くの他の原子や分子に伝わり、それらの原子や分子は自身の電子の空間分布を調整する。結果として、ある原子の電子位置の変動は、他の原子の電子の対応する再分布を誘発し、電子の運動が相関するようになる。詳細な理論には量子力学的な説明が必要であるが（分散力の量子力学理論を参照） 、この効果はしばしば、（真空によって隔てられたときに）互いに引き合う瞬間的な双極子の形成として説明される。ロンドン分散力の大きさは、ハマーカー定数と呼ばれる単一のパラメータで表され、通常は で表される。光の波長よりも近い位置にある原子の場合、相互作用は本質的に瞬間的であり、「遅延のない」ハマーカー定数で記述されます。より離れた位置にある実体の場合、一方の原子でのゆらぎがもう一方の原子で感じられるのに必要な有限時間（「遅延」）のため、「遅延のある」ハマーカー定数を使用する必要があります。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
個々の原子や分子間のロンドン分散力は非常に弱く、距離が離れるにつれて急速に減少するが、のように凝縮物質（液体および固体）では、その効果は物質の体積全体にわたって累積的であり、[ 6 ]有機分子内および分子間でも累積的であるため、ロンドン分散力はバルク固体および液体では非常に強く、距離とともに非常にゆっくりと減衰します。たとえば、2つのバルク固体間の単位面積あたりの総力は、[ 7 ] ロンドン分散力は、それらの間の距離です。ロンドン分散力の影響は、炭化水素や臭素（Br₂ 、室温で液体）やヨウ素（I₂ 、室温で固体）のような対称性の高い分子など、非常に非極性（イオン結合がない）な系で最も顕著になります。炭化水素やワックスでは、分散力は気相から液体または固体相への凝縮を引き起こすのに十分です。炭化水素結晶などの昇華熱は、分散相互作用を反映しています。酸素ガスや窒素ガスの液相への液化も、引力的なロンドン分散力によって支配されています。
原子や分子が（真空ではなく）第三の媒体によって隔てられている場合、状況はより複雑になります。水溶液中では、原子や分子間の分散力の影響は、分極可能な溶媒分子との競合により、しばしば弱まります。つまり、ある原子や分子の瞬間的な変動は、溶媒（水）と他の分子の両方に影響を及ぼすのです。
より大きく重い原子や分子は、より小さく軽い原子や分子よりも強い分散力を示します。[ 8 ]これは、より大きく分散した電子雲を持つ分子の分極率が増加するためです。分極率は、電子が再分布しやすいかどうかの尺度であり、分極率が大きいほど、電子がより容易に再分布されることを意味します。この傾向は、ハロゲン（小さい順から大きい順：F 2、Cl 2、Br 2、I 2）によって例示されます。同様の分散引力の増加は、RF、RCl、RBr、RI（小さい順から大きい順）の有機分子内および分子間、または他のより分極しやすいヘテロ原子との間で発生します。[ 9 ]フッ素と塩素は室温で気体であり、臭素は液体であり、ヨウ素は固体です。ロンドン力は、電子の運動から生じると考えられています。
希ガス原子間の引力の最初の説明は、1930 年にフリッツ・ロンドンによって与えられた。 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]彼は、2 次摂動理論に基づく量子力学理論を使用した。摂動は、2 つの化学粒子(原子または分子)の電子と原子核の間のクーロン相互作用によるものである。相互作用エネルギーの 2 次摂動表現には、状態の総和が含まれる。この総和に現れる状態は、粒子の誘導された電子状態の単純な積である。したがって、電子状態の分子間反対称化は含まれておらず、パウリの排他原理は部分的にしか満たされていない。
ロンドンは摂動のテイラー級数展開を書いた。、 どこは粒子の核重心間の距離です。この展開は多重極展開として知られています。なぜなら、この級数の項は、各粒子上の相互作用する 2 つの多重極のエネルギーと見なすことができるからです。多重極展開された電磁ポテンシャルVを2 次エネルギーに代入すると、瞬間的な多重極間の相互作用を表す式に似た式が得られます (上記の定性的な説明を参照)。さらに、分極率体積でロンドン分散を記述するためには、アルブレヒト・ウンスールトにちなんで名付けられた近似を導入する必要があります。、イオン化エネルギー、。
このようにして、分散相互作用について以下の近似式が得られる。2つの原子の間そして。 ここ、そしてはそれぞれの原子の分極率体積である。そしては原子の第一イオン化エネルギーであり、は原子間距離です。
この最終的なロンドン方程式には瞬間双極子は含まれていないことに注意してください（分子双極子を参照）。分散力をそのような双極子間の相互作用として「説明」するのは、ロンドンが適切な量子力学理論に到達した後です。権威ある著作[ 13 ]には、瞬間双極子モデル[ 14 ]に対する批判と、分子間力理論の現代的かつ徹底的な解説が含まれています。
ロンドン理論は、光の分散に関する量子力学理論と多くの類似点があり、そのためロンドンは「分散効果」という言葉を作り出した。物理学において、「分散」という用語は、周波数による量の変化を表すものであり、ロンドン分散の場合は電子のゆらぎに相当する。
分散力は、原子と分子間の 3 つのファンデルワールス力 (配向力、誘導力、分散力) よりも通常は支配的ですが、水のような小さくて極性の高い分子は例外です。分散力が全分子間相互作用エネルギーに与える寄与は次のとおりです。[ 15 ]
