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Zwischenmolekulare Kräfte
Chemie · Klasse 10 · 6 Blätter · 75 Aufgaben
LehrplanHessen: E.3 Einführung in die Chemie organischer VerbindungenHessen: Q1.1 Chemische Bindung und Strukturen
Wie hoch ein Stoff siedet und worin er sich löst, entscheiden die Kräfte zwischen seinen Molekülen. Drei Arten reichen, um die Aufgaben zu lösen.
Worum es geht
Beim Sieden werden keine Bindungen im Molekül gespalten, sondern die Moleküle voneinander getrennt. Je stärker sie sich anziehen, desto mehr Energie ist nötig und desto höher liegt die Siedetemperatur. London-Kräfte (Van-der-Waals-Kräfte) wirken zwischen allen Molekülen und wachsen mit der Elektronenzahl und der Kontaktfläche. Dipol-Dipol-Kräfte kommen bei Dipolmolekülen hinzu. Wasserstoffbrücken sind die stärksten; sie entstehen nur, wenn ein H-Atom an N, O oder F gebunden ist.
Die Regeln
| Kraft | Voraussetzung | Beispiel |
|---|---|---|
| London-Kräfte | immer; stärker bei großen, langgestreckten Molekülen | Alkane: Methan −162 °C, Octan 126 °C |
| Dipol-Dipol-Kräfte | das Molekül ist ein Dipol | Chlorwasserstoff, Propanon |
| Wasserstoffbrücken | H an N, O oder F gebunden, dazu ein freies Elektronenpaar am Nachbarmolekül | Wasser, Ethanol, Ammoniak |
| Löslichkeit | Ähnliches löst sich in Ähnlichem | Salz in Wasser, Iod in Heptan |
Beispiel, Schritt für Schritt
Aufgabe: Ethanol und Dimethylether haben beide die Formel C₂H₆O. Warum siedet Ethanol bei 78 °C, der Ether bei −24 °C?
| Schritt | Überlegung | Warum |
|---|---|---|
| 1 · Gleiche Größe | gleiche Summenformel, gleiche Elektronenzahl | die London-Kräfte sind etwa gleich stark, sie erklären den Unterschied nicht |
| 2 · Ethanol | CH₃–CH₂–O–H: H direkt an O | das stark positivierte H kann eine Wasserstoffbrücke zum O des Nachbarmoleküls bilden |
| 3 · Dimethylether | CH₃–O–CH₃: alle H an C | C–H ist kaum polar, es gibt keine Wasserstoffbrücken, nur Dipol-Dipol-Kräfte |
| 4 · Ergebnis | Ethanol siedet rund 100 K höher | Wasserstoffbrücken halten die Moleküle stärker zusammen |
Der typische Fehler
Jedes Molekül mit Wasserstoff bildet Wasserstoffbrücken. Methan enthält vier H-Atome und siedet trotzdem bei −162 °C. Entscheidend ist, woran das H gebunden ist: Nur an N, O oder F wird es so stark positiv, dass es ein freies Elektronenpaar eines anderen Moleküls anzieht. H an Kohlenstoff zählt nicht.
So prüfst du dein Ergebnis
Erst die Art, dann die Größe. Vergleiche zuerst, welche Kräfte wirken: Wasserstoffbrücken schlagen fast immer die übrigen. Haben beide Stoffe dieselbe Art, entscheidet die Molekülgröße: Das größere, elektronenreichere Molekül siedet höher. Bei gleicher Formel siedet das langgestreckte Molekül höher als das kugelige.