Zwischenmolekulare Kräfte - Versionsgeschichte

Rdeuber am 16. Juni 2020 um 20:52 Uhr

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	+	=== Video: Dipolkräfte (Simpleclub) ===

	+	https://www.youtube.com/watch?v=zKvHQ9QplWY

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 === Entstehung der VdW-Kräfte ===
-  [[Image:VdW-Kräfte1.png|thumb|right|200x201px|[[#Quellen|Abb. 1]] Entstehung der VdW-Kräfte bei unpolaren Molekülen]]
+  [[Image:VdW-Kräfte1_neu.png|thumb|right|200x201px|[[#Quellen|Abb. 1]] Entstehung der VdW-Kräfte bei unpolaren Molekülen]]
 Wie aber entstehen nun die VdW- Kräfte? (siehe Abb.1)
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 Einen Aspekt darf man bei der graphischen Darstellung von Molekülen nicht vergessen, der bei Grafiken nicht oder nur ungenügend dargestellt wird. Die Elektronen der Atome innerhalb der Moleküle sind nicht absolut bewegungslos. Durch die Brownsche Bewegung kommt es andauernd zu Kollisionen der Moleküle, wodurch sich vorübergehende Polarisierungen ergeben: Auf der einen Seite befinden sich für kurze Zeit mehr als die Hälfte der Elektronen, wodurch diese Seite partiell negativ geladen ist. Gleichzeitig ist die andere Seite partiell positiv geladen, da nun dort ein paar Elektronen fehlen. Es entstehen also '''temporäre Dipole'''. Dadurch kommt es zu einer Anziehung zwischen den Molekülen, da nun ja ebenfalls vorübergehende Partialladungen vorhanden sind. Da die Polarisierung nur vorübergehend ist, sind die VdW-Kräfte schwach und nur vorrübergehend. Allerdings kommt es auch stetig zu neuen Kollisionen.
 Die Van-der-Waals-Kräfte sind also nicht nur von der Molekülmasse abhängig sondern auch von der Verformbarkeit (Polarisierbarkeit) und der Grösse der Oberfläche des Moleküls. Diese beiden Faktoren hängen aber direkt mit der Masse des Moleküls zusammen. Je grösser die Molekülmasse, desto grösser die Oberfläche, desto grösser die Verformbarkeit und desto grösser sind somit auch die Van-der-Waals-Kräfte.
-[[Image:vdw kräfte grafik.png|thumb|400x401px|[[#Quellen|Abb. 2]] Veränderung der Siedepunkte bei den VdW-Kräften]]
+[[Image:vdw kräfte grafik_neu.png|thumb|400x401px|[[#Quellen|Abb. 2]] Veränderung der Siedepunkte bei den VdW-Kräften]]
 === Die Veränderung des Schmelz- und Siedepunktes durch die VdW-Kräfte ===
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 Besitzt ein und dasselbe Molekül sowohl positive als auch negative Brückenköpfe, so können gleichartige Moleküle untereinander H-Brücken ausbilden. Ist hingegen nur einer der beiden Brückenköpfe vorhanden, so kann das Molekül erst dann H-Brücken ausbilden, wenn es auf eine zweite Molekülsorte mit dem andern Brückenkopf trifft.
-[[Image:wasserstoffbrücken.png|thumb|400x401px|[[#Quellen|Abb. 7]] Veränderung der Siedepunkte bei Wasserstoffbrücken]]
+[[Image:wasserstoffbrücken_neu.png|thumb|400x401px|[[#Quellen|Abb. 7]] Veränderung der Siedepunkte bei Wasserstoffbrücken]]
 === Die Veränderung des Schmelz- und Siedepunktes durch die Wasserstoffbrücken ===

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	[[Image:EPA-Modell_bild1.jpg\|thumb\|center\|600px\|[[#Quellen\|Abb.6]] Die Tabelle gibt die Winkel im Molekül an]]		[[Image:EPA-Modell_bild1.jpg\|thumb\|center\|600px\|[[#Quellen\|Abb.6]] Die Tabelle gibt die Winkel im Molekül an]]
		+
		+	====Beispiel====
		+	Als Beispiel möchte die geometrische Struktur eines Wassermoleküls herausgefunden werden. Dazu zählt man die freien Elektronenpaare: Das Sauerstoffatom des Wassermoleküls, an welches zwei Wasserstoffatome kovalent geknüpft sind, weist zwei freie Elektronenpaare auf. Dementsprechend ergibt sich aus X = 2 (H-Atome) und E = 2 (freie e-Paare) 2+2=4 und somit eine tetraedrische Geometrie. Die Molekülgestalt selbst wird aber nur durch die Atomkerne beschrieben. Indem die freien Elektronenpaare nun „weggedacht“ werden, bleibt die Realstruktur zurück: gewinkelt.
		+	Ist ein Molekül gewinkelt, ist es polar. Wird es linear gezeichnet, nicht. Wenn ein Molekül polar ist, kann mit Hilfe der Elektronegativität der Atome ermittelt werden, ob es sich um ein Dipol handelt oder nicht. Ist die Differenz der Elektronegativitäten der Atome größer als 0.5 und kleiner als 1.7 kommt es zur Dipolbindung, unter 0.5 sind die Bindungen unpolar und über 1.7 handelt es sich um eine Ionenbindung.
		+

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 === Erkennung von Dipolen ===
 Um festzustellen, ob ein polares Molekül ein Dipol ist oder nicht, müssen der positive und der negative Pol des Moleküls lokalisiert werden. In einem Molekül mit mehreren Bindungen befindet sich der positive Pol in der Mitte aller positiv polarisierten Atome des Moleküls, mit dem negativen Pol verhält es sich analog. (Abb.3)
-Fallen nun der positive und der negative Pol des Moleküls zusammen, wie es beim Beispiel CO<sub>2</sub> (siehe Abb.4)zu sehen ist, so handelt es sich nicht um einen Dipol, d.h. es sind keine Dipol-Dipol-Kräfte vorhanden und deshalb sind der Schmelz – und Siedepunkt sehr niedrig.
+Fallen nun der positive und der negative Pol des Moleküls zusammen, wie es beim Beispiel CO<sub>2</sub> (siehe Abb.4) zu sehen ist, so handelt es sich nicht um einen Dipol, d.h. es sind keine Dipol-Dipol-Kräfte vorhanden und deshalb sind der Schmelz – und Siedepunkt sehr niedrig.
 Um die Polarität eines Moleküls bestimmen zu können, muss man jedoch nicht nur die Polaritäten der einzelnen Bindungen innerhalb des Moleküls kennen, sondern auch auf die geometrische Struktur des Moleküls und freie Elektronenpaare achten. Die Struktur eines Moleküls kann mit Hilfe des [[#Exkurs: EPA-Modell|EPA-Modells (Elektronenpaar-Abstossungs-Modell)]] ermittelt werden.

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	Je höher der Schmelz – und Siedepunkt sind, desto grösser ist auch die Molekülmasse. (Fluor [F<sub>2</sub>] bis Iod[I<sub>2</sub>])		Je höher der Schmelz – und Siedepunkt sind, desto grösser ist auch die Molekülmasse. (Fluor [F<sub>2</sub>] bis Iod[I<sub>2</sub>])

		+	===Beispiel===
		+	Wie erwähnt gilt: Je grösser die Molekülmasse desto grösser die Van-der-Waals-Kräfte. Vergleicht man aber nun beispielsweise H<sub>2</sub>O und CO<sub>2</sub>, wird klar, dass bei CO<sub>2</sub> trotz stärkeren VdW-Kräften (Molekülmasse CO<sub>2</sub> = 44u, H<sub>2</sub>O = 18u) der Siedepunkt tiefer liegt. Dies zeigt, dass zwischen den H<sub>2</sub>O Molekülen neben den VdW-Kräften noch weitere Kräfte wirken müssen. Diese weiteren Kräfte werden nachfolgend erläutert.

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	=== Die Veränderung des Schmelz- und Siedepunktes durch die Wasserstoffbrücken ===		=== Die Veränderung des Schmelz- und Siedepunktes durch die Wasserstoffbrücken ===
	Wie bei allen zwischenmolekularen Kräften gilt auch bei den Wasserstoffbrücken: Je mehr Wasserstoffbrücken gebildet werden, desto höher sind Schmelz – und Siedepunkt des Stoffes(siehe Abb.6). Dies ist auch der Grund weshalb Wasser (mit 4 H-Brücken pro Molekül) einen vergleichbar hohen Schmelz – und Siedepunkt hat (100°C).		Wie bei allen zwischenmolekularen Kräften gilt auch bei den Wasserstoffbrücken: Je mehr Wasserstoffbrücken gebildet werden, desto höher sind Schmelz – und Siedepunkt des Stoffes(siehe Abb.6). Dies ist auch der Grund weshalb Wasser (mit 4 H-Brücken pro Molekül) einen vergleichbar hohen Schmelz – und Siedepunkt hat (100°C).
		+
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 [[Image:Wasserstoffbrücken-Liste.png]]
 '''Positiver Brückenkopf'''	<br>
 - Immer ein stark polarisiertes '''H-Atom'''

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 Ist es möglich eine Wasserstoffbrücke zu bilden, so wird dies auch immer getan. Sie können nur sehr schwer aufgehoben werden und dominieren bei vergleichbar grossen Molekülen über die anderen ZMK-Kräfte. Dennoch sind Wasserstoffbrücken schwächer als Elektronenpaarbindungen.
 [[Image:wasserstoffbrücken.png|thumb|400x401px|[[#Quellen|Abb. 7]] Veränderung der Siedepunkte bei Wasserstoffbrücken]]
 === Die Veränderung des Schmelz- und Siedepunktes durch die Wasserstoffbrücken ===
-Wie bei allen ZMK-Kräfte gilt auch bei den Wasserstoffbrücken: Je mehr Wasserstoffbrücken gebildet werden, desto höher sind Schmelz – und Siedepunkt des Stoffes(siehe Abb.6). Dies ist auch der Grund weshalb Wasser (mit 4 H-Brücken pro Molekül) einen vergleichbar hohen Schmelz – und Siedepunkt hat (100°C).
+Wie bei allen zwischenmolekularen Kräften gilt auch bei den Wasserstoffbrücken: Je mehr Wasserstoffbrücken gebildet werden, desto höher sind Schmelz – und Siedepunkt des Stoffes(siehe Abb.6). Dies ist auch der Grund weshalb Wasser (mit 4 H-Brücken pro Molekül) einen vergleichbar hohen Schmelz – und Siedepunkt hat (100°C).
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 '''Ethylenglycol'''<br>
 [[Image:Ethylenglycol.png]]
-Da Ethylenglycol im Vergleich zu Wasser weniger H-Brücken bildet, erfolgt eine Erniedrigung des Schmelzpunktes,
+Da Ethylenglycol im Vergleich zu Wasser weniger H-Brücken bildet, erfolgt eine Erniedrigung des Schmelzpunktes.
 ==== Zucker ====

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 '''Positiver Brückenkopf'''	<br>
-Immer ein stark polarisiertes '''H-Atom'''
+- Immer ein stark polarisiertes '''H-Atom'''
 '''Negativer Brückenkopf'''<br>
-negativ polarisierte Atome<br>
+- Negativ polarisierte Atome<br>
-H-Brücken nur bei '''F''', '''O''' und '''N'''
+- H-Brücken nur bei '''F''', '''O''' und '''N'''
 Ist es möglich eine Wasserstoffbrücke zu bilden, so wird dies auch immer getan. Sie können nur sehr schwer aufgehoben werden und dominieren bei vergleichbar grossen Molekülen über die anderen ZMK-Kräfte. Dennoch sind Wasserstoffbrücken schwächer als Elektronenpaarbindungen.