Aggregatzustände im Teilchenmodell fest flüssig gasförmig Gitterkräfte Kohäsionskräfte...

Aggregatzustände im TeilchenmodellAggregatzustände im Teilchenmodell

fest flüssig gasförmig Gitterkräfte Kohäsionskräfte

Energiezufuhr Energiezufuhr

Energiefreisetzung Energiefreisetzung

Schmelz- und SiedepunktSchmelz- und Siedepunkt

HO

H

HO

H

HO

H

Je stärker die zwischenmolekularen Kräfte ( ), desto höher der Siedepunkt bzw. Schmelzpunkt

des Stoffs.

HO

H

HO

H

intramolekularAtombindung

zwischenmolekular

Für die Beurteilung der Art und Stärke der zwischenmolekularen Kräfte, muss entschieden werden, ob es sich um Dipolmoleküle handelt.

ElektronegativitätC: 2.5 H: 2.1EN = 0.4 Bindungen (fast) unpolar

Elektronegativität Cl: 3.0 H: 2.1EN = 0.9 Bindung polar

ElektronegativitätO: 3.5 H: 2.1EN = 1.4 Bindungen stark polar

C

H

H

H

H O

H H

Methan Chlorwasserstoff Wasser

H Cl+ -

+ - - +

CH4 ist kein Dipol HCl ist ein Dipol H2O ist ein Dipol

- + - +

Zwischenmolekulare KräfteZwischenmolekulare Kräfte

- +- +

- +

- +

- + - +

- +

unpolare Moleküle polare Moleküle

temporäre Dipole permanente Dipole

nur Van der Waals-Kräfte

am schwächsten

zusätzlichDipol-Dipol-Kräfte

ohne H an O, N, F

zusätzlichWasserstoffbrücken

am stärksten

mit H an O, N, F

Van der Waals-KräfteVan der Waals-Kräfte

Heliumatom mitsymmetrischer Ladungs-

wolke

vorübergehend polarisiertesHeliumatom

temporärer Dipol

Elektrostatische Anziehung zwischen temporären, kurzlebigen Dipolen.

Van der Waals-KräfteVan der Waals-Kräfte

• Die Richtungsänderung der momentanen Dipole erfolgt sehr schnell.• Im zeitlichen Mittel heben sich die Dipolmomente auf, so dass ein unpolares Molekül kein permanentes Dipolmoment hat.

Unpolare Moleküle Siedepunkt

1)

68 °C ......................................................................................

.......................................................................................

2)

36 °C ......................................................................................

.......................................................................................

3)

27 °C ......................................................................................

.......................................................................................

4)

10 °C ......................................................................................

.......................................................................................

Van der Waals-KräfteVan der Waals-Kräfte

• je grösser die Anzahl Elektronen in einem Molekül (oder je grösser seine Masse)

• je grösser die Moleküloberfläche linear: grosse Oberfläche (Zylinder) verzweigt: kleine Oberfläche (Kugel)

Van der Waals-Kräfte sind umso stärker

PropanSiedepunkt: -42°C

PentanSiedepunkt: 36°C

2,2-Dimethylpropan: Siedepunkt: 10°C

3 C, 8 H26 Elektronen

5 C, 12 H42 Elektronen

5 C, 12 H42 Elektronen

Van der Waals-KräfteVan der Waals-Kräfte

• je grösser die Anzahl Elektronen in einem Molekül (oder je grösser seine Masse)

• je grösser die Moleküloberfläche linear: grosse Oberfläche (Zylinder) verzweigt: kleine Oberfläche (Kugel)

Van der Waals-Kräfte sind umso stärker

HexanSiedepunkt: 68°C

PentanSiedepunkt: 36°C

2,2-Dimethylpropan: Siedepunkt: 10°C

6 C, 14 H50 Elektronen

5 C, 12 H42 Elektronen

5 C, 12 H42 Elektronen

AufgabeAufgabe• Benenne folgende Verbindungen

• Ordne sie nach dem Siedepunkt

• Begründe die Reihenfolge

1)

2)

3)

O

Propan-2-on C3H6O32 Elektronen

Butan C4H10

34 Elektronen

2-Methylpropan C4H10

34 Elektronen

Siedepunkt Kräfte

56°C Van der Waals-KräfteDipol-Dipol-Kräfte

0.5°C Van der Waals-Kräftestärker, da linear

-11.5°C Van der Waals-Kräfteschwächer, da verzweigt

Ethanal C2H4O24 ElektronenDipol

Kohlenstoffdioxid CO2

22 Elektronenkein Dipol

Siedepunkt Kräfte

20°C Van der Waals-KräfteDipol-Dipol-Kräfte

-78°C Van der Waals-Kräfte(Sublimation)

C OO

CH3C

O

H

O

H H

O

H H

O

H H

O

H HO

H H

H-Brücken Verhältnis EN aktiv/passiv

2 aktive 1 : 1 1.42 passive

4 total

3 aktive 3 : 1 0.91 passive

4 total

1 aktive 1 : 3 1.93 passive

4 total

N

H HH

NH

H HN

HH

H

N

HH

H

N

H HH

H F H F

H F

H F

H F

Der Siedepunkt einer Verbindung ist umso höher

- je mehr Elektronen- je grösser die Moleküloberfläche (d.h. je linearer)

- je polarer die Verbindung

- je mehr H-Brücken insgesamt- je ausgeglichener das Verhältnis aktiv/passiv- je grösser die Polarität der Bindung

Van der Waalskräfte

Dipol-Dipol-Kräfte

H-Brücken

Siedepunkte derSiedepunkte der Nichtmetall-Wasserstoff-VerbindungenNichtmetall-Wasserstoff-Verbindungen

Anzahl Elektronen nimmt zu stärkere Van der Waals-Kräfte

Siedepunkte derSiedepunkte der Nichtmetall-Wasserstoff-VerbindungenNichtmetall-Wasserstoff-Verbindungen

Siedepunkte derSiedepunkte der Nichtmetall-Wasserstoff-VerbindungenNichtmetall-Wasserstoff-Verbindungen

Siedepunkte derSiedepunkte der Nichtmetall-Wasserstoff-VerbindungenNichtmetall-Wasserstoff-Verbindungen

starke Wasserstoffbrücken

Anzahl Elektronen nimmt zu stärkere Van der Waals-Kräfte

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

C

As

Li

Na

K

Rb

Cs

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

B

Bi

H

Al P

Ge

Si

In

N

Br

I

Ga

S

F O

Te

Se

Pb

Cl

Elektronegativität der ElementeAnordnung nach Pauling

Kräfte zwischen ProteinkettenKräfte zwischen Proteinketten

Disulfidbrücke Wasserstoffbrücke Van der Waals-Kräfte Ionenbindung

Wasserstoffbrücken zwischen DNA-SträngenWasserstoffbrücken zwischen DNA-Strängen

Schmelz- und SiedepunktSchmelz- und Siedepunkt

HO

H

HO

H

HO

H

Je stärker die zwischenmolekularen Kräfte ( ), desto höher der Siedepunkt bzw. Schmelzpunkt

des Stoffs.

HO

H

HO

H

intramolekularAtombindung

zwischenmolekular

Aufgabe 5

Verbindung stärkste Kräfte

H-Brücken 4 passive Stellen 1 aktive Stelle

H-Brücken 2 passive Stellen 1 aktive Stelle

Dipol-Dipol-Kräfte nur Van-der-Waals-Kräfte

H CO

O H

CH3 CH2 OH

CH3 CO

H

CH3 CH2 CH3

Aufgabe 6Verbindung stärkste Kräfte

CaO (Ca2+, O2 )

KF (K+, F )

Salz, Ionenbindung (Ladungen: +2e, -2e) Salz, Ionenbindung (Ladungen: +1e, -1e)

H-Brücken

4 passive Stellen 1 aktive Stelle

H-Brücken, linear 2 passive Stellen 1 aktive Stelle

H-Brücken, verzweigt 2 passive Stellen 1 aktive Stelle

Dipol-Dipol-Kräfte nur Van-der-Waals-Kräfte linear nur Van-der-Waals-Kräfte verzweigt

CH3 CH2 CH2 CH3

CO

O HCH3

CH3 CH CH3

OH

OH

CH2CH2CH3

CO

HC

O

H

CH3 CH CH3

CH3

Aufgabe 7

OH

CH3

HO

H

HO

H

HO

H

CH3 NH

H

HOH

HO H

HO

H

CH3 C CH3

O

HO

HHO

H

Oel/Wasser ohne Rühren mit Rühren

Gemische

Alkohol/Wasser

homogenLösung

heterogenEmulsion

B

Mischbarkeit von MolekularverbindungenMischbarkeit von Molekularverbindungen

A

stark stark

Diffusion

B

Mischbarkeit von MolekularverbindungenMischbarkeit von Molekularverbindungen

A

stark schwach

Entfernung der Trennwand

Mischbarkeit von MolekularverbindungenMischbarkeit von Molekularverbindungen

Mischbarkeit mit Wasser

Stoffe A Kräfte A……..A

Kräfte H2O……..H2O

Kräfte A……..H2O

Mischbar-keit

CH3–OH H-Brücken VdW-Kräfte

H-Brücken H-Brücken sehr gut

CH3CH2–OH H-Brücken VdW-Kräfte

H-Brücken H-Brücken sehr gut

CH3CH2CH2–OH H-Brücken VdW-Kräfte

H-Brücken H-Brücken VdW-Kräfte

gut

CH3CH2CH2CH2–OH H-Brücken VdW-Kräfte

H-Brücken H-Brücken VdW-Kräfte

gering

CH3CH2CH2CH2CH2–OH H-Brücken VdW-Kräfte

H-Brücken H-Brücken VdW-Kräfte

gering

CH3CH2CH2CH2CH2CH3 VdW-Kräfte H-Brücken VdW-Kräfte gar nicht

O

CH3–C–CH3

Dipol-Dipol-K. VdW-Kräfte

H-Brücken H-Brücken VdW-Kräfte

gut

Aufgabe 13

Hexan schlecht löslich, da keine H-Brücken mit Wasser möglich

Octanol schlecht löslich, H-Brücken möglich, aber unpolarer Teil zu gross

Cyclopentan schlecht löslich, keine H-Brücken mit Wasser möglich

Methanol gut löslich, H-Brücken mit Wasser möglich, unpolarer Teil klein

Trichlormethan schlecht löslich, keine H-Brücken mit Wasser möglich

1-Chlorbutan schlecht löslich, keine H-Brücken mit Wasser möglich

Propanol gut löslich, H-Brücken mit Wasser möglich, unpolarer Teil klein

Aceton gut löslich, H-Brücken mit Wasser möglich, unpolarer Teil klein

B

A

Octan VdW-Kräfte

Benzol VdW-Kräfte

Methanol H-Brücken

Wasser H-Brücken

VdW-Kräfte schlecht mischbar

VdW-Kräfte schlecht mischbar

H-Brücken gut mischbar

Aceton Dipol-Dipol-Kräfte

VdW-Kräfte gut mischbar

VdW-Kräfte gut mischbar

H-Brücken gut mischbar

Cyclohexan VdW-Kräfte

VdW-Kräfte gut mischbar

VdW-Kräfte gut mischbar

VdW-Kräfte schlecht mischbar

14.

B

A

Octan VdW-Kräfte

Benzol VdW-Kräfte

Methanol H-Brücken

Wasser H-Brücken

VdW-Kräfte schlecht mischbar

VdW-Kräfte schlecht mischbar

H-Brücken gut mischbar

Aceton Dipol-Dipol-Kräfte

VdW-Kräfte gut mischbar

VdW-Kräfte gut mischbar

H-Brücken gut mischbar

Cyclohexan VdW-Kräfte

VdW-Kräfte gut mischbar

VdW-Kräfte gut mischbar

VdW-Kräfte schlecht mischbar

14.

15. Welche der folgenden Stoffsysteme leiten den elektrischen Strom?

Ethanol/Wasser

NaCl/Wasser

Ether/Pentan

BaCl2/H2O

Al2O3/H2O

Name Formel

Art der Verbindung Hauptvalenzen stärkste Neben-valenzen

Wasser-löslichkeit

Aggregatzu-stand bei RT

Butan

Molekularverbindung unpolare Atom-bindungen

Van-der-Waals-Kräfte

sehr schlecht

(l) / g

Ethansäure

Molekularverbindung unpolare und polare Atom-bindungen

Wasserstoffbrücken gut (s) / l

Methanal

Molekularverbindung unpolare und polare Atom-bindungen

Dipol-Dipol-Kräfte gut (l) / g

Ammoniak

Molekularverbindung polare Atom-bindungen

Wasserstoffbrücken gut (l) / g

Kaliumiodid

KI (K+, I )

Salz (Ionenverbindung)

Ionenbindung gut s

Calciumcar-bonat

CaCO3 (Ca2+, CO3

2 )

Salz mit mehr-atomigem Ion (Ionenverbindung)

Ionenbindung zwischen Ca2+ und CO3

2 polare Atombind-ungen zwischen C und O

schlecht s

Benzol

Molekularverbindung unpolare Atom-bindungen

Van-der-Waals-Kräfte

sehr schlecht

l

NH

H

H

C OH

H

C CO

O H

H

HH

Si

C

CC

C

NameFormel

Art der Verbindung

Hauptvalenzen stärkste Neben-valenzen

Wasser löslich-keit

Aggregat-zustand bei RT

Kohlenstoff dioxid O=C=O

Molekularver-bindung

polare Atom-bindungen

Van-der-Waals-Kräfte

schlecht g

AluminiumoxidAl2O3

(2Al3+, 3O2)

Salz(Ionenver-bindung)

Ionenbindung sehr schlecht

s

Cu3Au metallischer StoffLegierung

metallische Bindung(Elektronengas)

nein s

Calciumchlorid-hexahydrat[Ca(H2O)6]Cl2

oderCaCl2 6H2O

Salzhydrat Ionenbindung zwischen [Ca(H2O)6]

2+ und Cl

polare Atombindungen zwischen H und O

Ion-Dipol-Kräfte zwischen Ca2+ und H2O

gut s

Siliciumcarbid, SiC

Atomkristall(Gitter wie bei Diamant)

polare Atombindungen

nein s