3 Eigenschaften der Molekülverbindungen Themenbereich: Molekülbau

Übersicht 3.1 Einführung 3.2 Polare Elektronenpaarbindungen 3.3 Dipolmoleküle 3.4 Intermolekulare Kräfte

3.4 Intermolekulare Kräfte

Repetition: Teilchenmodell der Aggregatzustände Teilchen halten durch starke Kräfte zusammen (l) Teilchen halten durch Kräfte zusammen (g) Teilchen halten kaum zusammen

Repetition: Teilchenmodell der Aggregatzustände Beim Schmelzen bzw. Sieden wird Energie benötigt um die Anziehungskräfte zu überwunden. Je höher die Anziehungskräfte sind, desto mehr Energie wird benötigt um diese zu überwinden. Tiefe Smp, Sdp: kleine Anziehungskräfte Grosse Smp, Sdp: grosse Anziehungskräfte

Intermolekulare Kräfte Zwischen den Molekülen wirken Anziehungskräfte oder sogenannte intermolekulare Kräfte (intermolekular bedeutet so viel wie zwischen den Molekülen oder „zwischenmolekular“). Man unterscheidet drei Arten intermolekularer Kräfte 1) Dipol-Dipol-Kräfte 2) Wasserstoff-Brücken 3) Van-der-Waals-Kräfte

1) Dipol-Dipol-Kräfte Wir vergleichen zwei ähnlich grosse Moleküle: Methanol und Ethan.

Dipol-Dipol-Kräfte Bei Methanol gibt es einen starken Zusammenhalt der Moleküle durch Dipol-Dipol-Kräfte. Deshalb ist der Siedepunkt von Methanol viel höher als derjenige von Ethan. Bei Ethan kommen nur relativ schwache van-der-Waals-Kräfte vor.

Dipol-Dipol-Kräfte Dipol-Dipol-Kräfte entstehen dadurch, dass es zu einer elektrostatischen Anziehung zwischen dem positiven Ende eines Dipolmoleküls mit dem negativen Ende eines anderen kommt. Je stärker der Dipol, desto grösser die Dipol-Dipol-Kräfte.

2) Wasserstoff-Brücken Wasserstoff-Brücken sind die stärksten intermolekulare Kräfte. Damit sie auftreten braucht es polare Bindungen zwischen Wasserstoff- Atomen und stark elektronegativen Atomen wie N, O und F. Eine sehr starke Dipol-Dipol-Kraft zwischen zwei Molekülen mit polaren X-H Bindungen nennt man Wasserstoffbrücken. (X = O, N, F) Beispiele: H2O, NH3, HF

Wasserstoff-Brücken Für eine H-Brücke wird benötigt: Polar gebundenes Wasserstoff-Atom Freies Elektronenpaar eines stark elektronegativen Atoms (O, N, F)

Übung: Wasserstoff-Brücken Bitte löst das Aufgabenblatt durch

H-Brücken: Gitterstruktur von Eis Die Dichte von flüssigem Wasser ist grösser als diejenige von Eis (Eis schwimmt auf Wasser): Die Wasser-Moleküle brauchen im festen Aggregatzustand (regelmässige Anordnung) mehr Platz als im flüssigen Aggregatzustand. Daraus folgt: Im Eiskristall = H2O (s) muss es Löcher haben

H-Brücken: Gitterstruktur von Eis Die Ausbildung von Wasserstoffbrücken in Eis bewirkt die Bildung von Kristallen mit Sechsringen.

H-Brücken: Anomalie von Wasser Wasser hat bei 4 °C seine grösste Dichte von 1 g/cm3. Bei weiterer Temperaturverringerung (auch beim Übergang zum festen Aggregatzustand!) dehnt sich Wasser wieder aus (Dichte nimmt ab). Dieses Phänomen bezeichnet man als Dichteanomalie und kommt nur bei wenigen Stoffen vor.

H-Brücken: Anomalie von Wasser Der Grund für die Dichteanomalie von Wasser ist, dass sich ab 4 °C beim Abkühlen durch die Wirkung der Wasserstoffbrücken erste starre Gruppen bilden, der Vorläufer von festem Eis. Diese starren Gruppen benötigen mehr Platz, weshalb die Dichte von 4 °C bis 0 °C abnimmt.

H-Brücken: Anomalie von Wasser - Welche Auswirkungen hat die Anomalie von Wasser auf biologische Systeme?

H-Brücken: Anomalie von Wasser Am Grund eines Sees herrscht immer eine Temperatur von 4 °C, weil die Dichte dann am grössten ist. Der See friert somit von oben und nicht von unten zu, so dass es Fischen möglich ist am Grund des Gewässers zu überwintern.

Desoxyribonukleinsäure (DNS) Zur Bildung der Doppelhelix-Struktur der DNS kommt es durch Ausbildung von Wasserstoff-Brücken (hydrogen bond) zwischen den Basen Adenin (A) und Thymin (T) bzw. Cytosin (C) und Guanin (G).

Desoxyribonukleinsäure (DNS)

3) Van-der-Waals-Kräfte Van-der-Waals-Kräfte sind die schwächsten intermolekularen Kräfte. Sie treten zwischen apolaren Molekülen auf. Je grösser ein Molekül ist, desto stärker sind die v.-d.-W.Kräfte.

3) Van-der-Waals-Kräfte Die Zunahme der v.-d.-W.-Kräfte spiegelt sich in den Aggregatzustände bei 20 °C wieder. Bei Hexan sind die v.-d.-W.-Kräfte so stark, dass Hexan flüssig vorliegt, bei Octadecan sind die Kräfte so stark, dass es sogar fest vorliegt.

Van-der-Waals-Kräfte Durch die Bewegung der Elektronen können in apolaren Molekülen zufällig kurzfristig Dipole entstehen. Diese zufällig entstandenen Dipole bewirken, dass benachbarte Moleküle ebenfalls Dipole bilden, welche man induzierte Dipole nennt.

Van-der-Waals-Kräfte Die Anziehung zwischen zufälligem und induzierten Dipol (v.-d.- W.-Kraft) ist viel geringer als zwischen permanenten Dipolen (Dipol-Dipol-Kraft). Je grösser apolare Moleküle, desto grösser ist die Chance, dass ein zufälliger Dipol entsteht. Deshalb sind die v.-d.-W.-Kräfte für grössere apolare Moleküle grösser, als für kleinere.

Van-der-Waals-Kräfte http://www.youtube.com/watch?v=6Rf66V0PeJw

Van-der-Waals-Kräfte in der Natur - Geckofüsse-Artikel

Mischbarkeit: Experimente 1 Wir versuchen verschiedene Flüssigkeit miteinander zu vermischen: Wasser H2O Dipol Methanol CH4O Dipol Hexan C6H14 apolar Octan C8H18 apolar

Mischbarkeit: Experimente 1 H2O CH4O C6H14 C8H18 + - x

Mischbarkeit: Experimente 1 Die Dipole Wasser und Methanol lassen sich mischen. Ebenfalls kann man die beiden apolaren Stoffe Hexan und Octan mischen. Keines der Dipole (Wasser oder Methanol) mischt sich mit einem apolaren Stoff (Hexan oder Octan). Regel: Gleiches mischt sich mit Gleichem.

Mischbarkeit: Experimente 2 Wir versuchen die beiden Alkohole Ethanol und Propanol mit Wasser bzw. Hexan zu mischen. Methylenblau dient als Indikator.

Mischbarkeit: Experimente 2 H2O C6H14 Ethanol + etwas Propanol

Mischbarkeit: Experimente 2 Je länger der apolare Teil eines Dipolmoleküls, desto besser mischt es sich auch mit apolaren Molekülen.

Quellen Seite 14: http://www.chemieunterricht.de/dc2/wasser/w-stoffl.htm Seite 15: http://www.wasser-wiki.de/doku.php?id=wasser_eigenschaften :dichte:anomalie Seite 18: http://www.chemieunterricht.de/dc2/wasser/w-anomal.htm Seite 19: http://www.mobile-research.ethz.ch/de/wissen/themen/gesundheit/ erbgutschaeden-genotoxizitaet/ Seite 20: http://stq.wikipedia.org/wiki/Bielde:Chemische_Struktur_der_DNA.svg